Oddychanie to jedna z podstawowych czynności życiowych. Niedziwne więc, że nie wyobrażamy sobie życia bez tlenu. Co prawda przez pierwsze dwa miliardy lat istnienia Ziemi na naszej planecie brakowało tego pierwiastka, ale to nie oznacza, że nie było na niej żadnych istot żywych. Funkcjonowały jednak inaczej niż obecnie. Kiedy i skąd na Ziemi wziął się tlen?
Życie na Ziemi przed katastrofą tlenową
Pojawienie się na Ziemi pierwszych form życia zdolnych do fotosyntezy doprowadziło do wzrostu tlenu w powietrzu. Naukowcy szacują, że dopiero po 400 milionach lat życie na naszej planecie mogło w pełni rozkwitnąć. Zmiany w środowisku zakończyły się katastrofą tlenową około 2,4 – 2 miliardy lat temu. To jeden z najważniejszych momentów w historii ewolucji Ziemi. Jego bliższa data nadal nie jest pewna, ale najnowsze badania naukowców zostawiają coraz mniej miejsca dla wątpliwości.
Geolodzy i biolodzy badają dwie tezy tłumaczące fotosyntezę wśród pierwotnych bakterii. Według pierwszej z nich proces przekształcania światła słonecznego w energię pojawił się bardzo wcześnie, jednak postępował powoli. Drugi scenariusz zakłada z kolei, że fotosynteza wyewoluowała później, ale szybko odegrała ogromną rolę w ewolucji Ziemi. Niezgodności wynikają z różnic w interpretacji zapisu kopalnego.
Sinice kluczem do zrozumienia ewolucji
Naukowcy pod kierownictwem geobiologa Grega Fourniera z Massachusetts Institute of Technology ustalili, że w niektórych przypadkach bakterie dziedziczą geny nie od swoich rodziców, a od innych, daleko spokrewnionych gatunków. Aby ustalić historię zmian genetycznych najprostszych form życia na Ziemi, przeanalizowali genomy tysięcy bakterii, w tym również sinic.
Odkrycie badaczy rzuca nowe światło na datowanie katastrofy tlenowej. Okazało się bowiem, że wszystkie obecnie żyjące gatunki sinic mają wspólnego przodka, który żył około 2,9 miliardów lat temu. Przodkowie tych przodków oddzielili się genetycznie od bakterii zdolnych do fotosyntezy około 3,4 miliarda lat temu. Proces przekształcania światła słonecznego w energię wyewoluował najpewniej między tymi dwoma wydarzeniami.
Sinice najprawdopodobniej przeprowadzały fotosyntezę co najmniej 360 milionów lat przed katastrofą tlenową. To potwierdza tezę mówiącą o tym, że natlenienie Ziemi było procesem długim i powolnym, a nie dynamicznym.
– Wyniki badań dają bazę do zrozumienia wzorców natlenienia oceanów i późniejszych zmian w atmosferze – komentuje biogeochemik Timothy Lyons z University of California w Riverside.
Fournier i jego współpracownicy mają nadzieję, że w przyszłości podobne techniki analizy genów pomogą im zbadać ewolucję innych prostych organizmów.
