Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как первые организмы научились превращать солнечный свет в кислород — процесс, который навсегда изменил планету.

Ученые, включая доктора Танаи Кардону из Лондонского университета Королевы Марии, изучили Фотосистему I (PSI) — молекулярный комплекс, преобразующий свет в энергию. Его выдели из Anthocerotibacter panamensis, недавно открытого вида, чья эволюционная ветка отделилась от остальных цианобактерий около 3 миллиардов лет назад. У этой бактерии почти нет близких родственников — ее ближайший известный «сестринский» вид разошелся с ней 1,4 миллиарда лет назад.

Мы не можем вернуться на три миллиарда лет назад, чтобы увидеть древние цианобактерии, — говорит доктор Мин-Ян Хо из Национального университета Тайваня, ведущий автор исследования. — Поэтому A. panamensis так важна: она дает нам заглянуть в прошлое.

У большинства цианобактерий, водорослей и растений фотосинтетические структуры упакованы в стопки мембран — тилакоиды, похожие на слои солнечных панелей. Но у A. panamensis их нет — весь ее фотосинтетический аппарат помещается в одну мембрану. Из-за этого бактерия медленно растет и выживает только при слабом свете.

Теперь, когда мы знаем структуру PSI, — добавляет соавтор исследования доктор Кристофер Гизриель из Университета Висконсин-Мэдисон, — можно сравнить ее с другими и понять, какие черты древние, а какие появились позже.

Оказалось, что, хотя белковые последовательности изменились, структура PSI осталась почти прежней: три блока соединяются в форме трилистника, неся больше 300 светопоглощающих пигментов — хлорофиллов и каротиноидов.

Даже три миллиарда лет назад фотосинтез был удивительно сложным, — заключает доктор Кардона. — Чтобы найти его истоки, придется заглянуть еще дальше — в эпоху до появления самих цианобактерий.

Польза исследования

• Понимание эволюции жизни — показывает, как развивался фотосинтез, ключевой процесс для биосферы.
• Биотехнологии — упрощенная структура PSI может вдохновить на создание более эффективных солнечных элементов.
• Астробиология — помогает представить, как могла зарождаться жизнь на других планетах.

Хотя исследование проливает свет на древние механизмы фотосинтеза, A. panamensis — всего лишь одна ветка на эволюционном древе. Ее особенности могли возникнуть из-за изоляции, а не быть типичными для предков всех цианобактерий.

Ранее ученые выяснили, как вырабатывался кислород на Земле до цианобактерий.