Появление фотосинтеза отодвинули на миллиард лет дальше в прошлое

Структура белков системы фотосинтеза показала, что они появились почти 3,5 миллиарда лет назад — за миллиард лет до цианобактерий и «кислородной катастрофы» на Земле. 

Свободный кислород, так необходимый многим живым организмам, появился в воздухе планеты лишь около 2,45 миллиарда лет назад, когда другие живые организмы — прежде всего цианобактерии — научились проводить фотосинтез. И эти микроорганизмы, и высшие растения используют для этого сложный белковый комплекс — Фотосистему II, — который улавливает солнечные фотоны и окисляет воду. Эта фотохимическая реакция позволяет получать свободный, высокоэнергетический электрон для следующих шагов фотосинтеза и приводит к выделению свободного кислорода в качестве побочного продукта.

Однако возможны и другие, более простые формы оксигенного фотосинтеза, и появиться они могли еще раньше. Такие гипотезы довольно популярны: согласно им, накопление кислорода должно было начаться намного раньше 2,45 миллиарда лет назад, хотя его количество в атмосфере стало заметно увеличиваться лишь к этому сроку. На это указывает и новая работа Танаи Кардона (Tanai Cardona) и его коллег из Имперского колледжа Лондона. Статья об этом опубликована в журнале Geobiology.

Авторы проанализировали аминокислотные последовательности и структуры двух небольших «ко́ровых» белков Фотосистемы II, D1 и D2. Именно они связывают молекулы хлорофиллов и каротинов, выполняющих ключевые этапы фотохимического окисления воды. Различия между D1 и D2 не так велики, и ясно, что они имеют общее происхождение. Кардона и его коллеги предположили, что до расхождения D1 и D2 организмы могли использовать их предковую, более простую форму для проведения более примитивного, но уже полноценного фотосинтеза с выделением кислорода.

Сравнение белков показало, что их предшественник должен был появиться еще в раннем архее, за миллиард лет до первых цианобактерий и «кислородной катастрофы» 2,45 миллиарда лет назад. «Наша работа показывает, — говорит Кардона, — что оксигенный фотосинтез начался задолго до появления первого предка цианобактерий. <…> Таким образом, происхождение оксигенного фотосинтеза и цианобактерий — это два совершенно отдельных вопроса. Между ними прошло значительное время».