1,75 миллиарда лет назад фотосинтез уже был на Земле

Современные цианобактерии. Википедия

В формации Макдермотт в пустыне северной Австралии были обнаружены микроструктуры — тилакоиды. Этим структурам не менее 1,75 миллиарда лет. Сегодня тилакоиды обеспечивают реакцию фотосинтеза у цианобактерии. На этом основании ученые из Университета Льежа сделали вывод, что фотосинтез уже был на Земле 1,75 миллиарда лет назад.

Цианобактерии и сегодня обеспечивают нашу атмосферу кислородом. С их появлением геологи связывают Кислородную катастрофу, радикально изменившую атмосферу и климат Земли.

Микроскопические окаменелости, которые провели почти 2 миллиарда лет запертыми в кусках древней породы, дают нам самые ранние свидетельства фотосинтеза на Земле.

Ученые из Университета Льежа обнаружили в формации Макдермотт в пустыне северной Австралии микроструктуры — тилакоиды. Этим структурам не менее 1,75 миллиарда лет. Сегодня тилакоиды обеспечивают реакцию фотосинтеза у цианобактерий.

Это означает, что микроокаменелости представляют собой старейшее прямое свидетельство фотосинтеза, давая нам новый минимальный возраст для появления цианобактерий, несущих тилакоиды, и новый инструмент для понимания ранних экосистем Земли и того, как жизнь возникла на нашей планете.

Изображения образцов микрофоссилий Navifusa majensis.

«Наше исследование предоставляет прямые доказательства присутствия метаболически активных цианобактерий, осуществляющих кислородный фотосинтез», — пишут в своей работе ученые Университета Льежа.

Полученные данные показывают, что детальный анализ других окаменелостей может выявить больше подобных структур и уточнить момент, когда фотосинтезирующие структуры были задействованы самыми ранними формами сложных клеток водорослей.

Кислородная катастрофа

Цианобактерии встречаются сегодня повсюду. Морские брызги, содержащие морские микроорганизмы, в том числе цианобактерии, могут подниматься высоко в атмосферу, где они превращаются в аэропланктон и облетают весь земной шар, прежде чем упасть обратно на землю.

Фотосинтез, который использует солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в глюкозу и кислород, — основа выживания почти всех живых существ на Земле.

Фотосинтезирующие организмы не только составляют основу большинства пищевых сетей, но их метаболические процессы наполняют атмосферу пригодным для дыхания кислородом.

Мы знаем, что в начале истории Земли в атмосфере и океанах свободного кислорода было немного. Однако различные геохимические данные показывают, что уровень кислорода внезапно и резко возрос около 2,4 миллиарда лет назад во время так называемой Кислородной катастрофы. Неясно, что стало ее причиной, но одна из возможностей — появление фотосинтезирующих организмов.

Самым ранним свидетельством существования цианобактерий полученным на основе микроокаменелостей сегодня считается организм под названием Eoentophysalis belcherensis, датируемый 2,018 миллиарда лет назад. Но окаменелости часто трудно интерпретировать, а их внутренние структуры не всегда сохраняются неповрежденными. И не все виды цианобактерий имеют тилакоиды.

Изображения, полученные просвечивающей электронной микроскопией экземпляров Navifusa majensis из формации Макдермотт

Ученые использовали различные методы микроскопии высокого разрешения для исследования внешней и внутренней структуры микроокаменелостей вида, известного как Navifusa majensis, который считается цианобактерией. А в телах одноклеточных организмов из двух ископаемых пластов они обнаружили тилакоидные мембраны.

Эти окаменелости были взяты из формации Грасси-Бэй в Канаде, датированной 1,01 миллиарда лет назад, и из формации Макдермотт, датированной 1,75 миллиарда лет назад. Это расширяет летопись окаменелостей тилакоидов на колоссальные 1,2 миллиарда лет и означает, что кислородный фотосинтез 1,75 миллиарда уже полностью развился.

Но мы до сих пор не знаем, верно ли, что именно фотосинтез стал причиной Кислородной катастрофы. Только обнаружение и тщательное изучение еще более древних окаменелостей может дать нам ответ на этот важнейший вопрос.

«Обнаружение сохранившихся тилакоидов внутри N. majensis, о котором сообщается здесь, предоставляет прямое доказательство минимального возраста фотосинтезирующих бактерий до 1,75 миллиарда лет назад», — пишут исследователи.

Ученые дают смелый прогноз: «Мы предсказываем, что подобный ультраструктурный анализ хорошо сохранившихся микроокаменелостей может еще больше углубить геологическую историю кислородных фотосинтезаторов и ранних слабокислородных экосистем, в которых развивались сложные клетки».

Пока разница между сроком в 1,75 миллиарда лет, которым датируется открытие древнейших тилакоидов, и 2,4 миллиарда лет, которым датируется Кислородная катастрофа, еще очень велика.