Фотосинтез — это ключевой для возникновения жизни на Земле процесс, в ходе которого организмы преобразуют энергию света в энергию химических связей. Именно благодаря фотосинтезу на нашей планете появилось достаточно кислорода для существования большого количества форм жизни. Поэтому ученые уделяют много внимания тому, как и когда земные организмы начали его использовать.
Ученые делят фотосинтез на два вида — оксигенный и аноксигенный. Первый используют почти все организмы, которые умеют фотосинтезировать. Для этого процесса нужна вода — она служит донором электронов. Получившийся при расщеплении воды кислород использующие такой вид фотосинтеза выбрасывают как отходы, обогащая при этом атмосферу. При втором варианте фотосинтеза вода не нужна, потому что в этом случае источником электронов становятся другие вещества, например сероводород. В этом случае кислород после фотосинтеза не образуется.
Читайте также: Выжимая педаль фотосинтеза. Можем ли мы ускорить главную реакцию биосферы?
Авторы нового исследования изучили бактерию Heliobacterium modesticaldum, которая использует бескислородный фотосинтез. Ее фотосинтезирующая система устроена примитивно, но, тем не менее, ученые нашли в ней кальций-связывающий участок, назначение которого неясно. Рядом особенностей этот участок напомнил исследователям водоокисляющий комплекс (ВОК) — инструмент, который входит в фотосистему II, напоминающую фабрику по превращению воды в источник электронов, нужных для дальнейших процессов запасания энергии и синтеза органики. ВОК нужен, чтобы окислять воду, то есть расщеплять ее. Но H. modesticaldum вода для фотосинтеза не нужна — они используют его бескислородную версию.
Ученые считают, что ВОК, точнее кальций-связывающий участок, похожий на ВОК, бактерия приобрела по наследству от общего предка с цианобактериями. Как считается, они были первыми организмами, которые освоили оксигенный фотосинтез 2,5 миллиарда лет назад, а миллиард лет до этого весь фотосинтез был только аноксигенным. Результаты исследования показывают, что структуры, похожие на те, что нужны для расщепления воды, и значит, нужные при оксигенном фотосинтезе, появились еще до того, как предки H. modesticaldum разошлись с общим предком цианобактерий.
По мнению авторов, это значит, что оксигенный фотосинтез появился до появления цианобактерий. Возможно, на миллиард лет раньше.
Максим Абдулаев