Используя современные методы генетических исследований, американские биологи вычислили время возникновения на Земле цианобактерий — фотосинтезирующих микроорганизмов, отвечающих за появления в атмосфере кислорода, ключевого фактора развития сложных форм жизни. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Превращение Земли из пустынной и неприспособленной для жизни планеты в гостеприимную для организмов среду ученые связывают с ключевым событием в ранней геологической истории — появлением в атмосфере Земли кислорода.

Считается, что глобальное изменение атмосферы — кислородная революция, или Великое кислородное событие — произошло в самом начале протерозоя, около 2,45 млрд лет назад. Цианобактерии производили кислород и раньше, но до этого он полностью расходовался на окисление горных пород, растворенных в морской воде соединений и газов атмосферы.

Как долго продолжался этот "подготовительный" этап, неизвестно. Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать время появления на Земле цианобактерий, что не так просто, так как они не сохраняются в виде окаменелостей. По косвенным данным — появлениям признаков окисления в породах — это произошло 2,7-2,8 миллиарда лет назад.

Результаты исследования ученых Массачусетского технологического института (MIT) показывают, что цианобактерии, вероятнее всего, появились намного раньше. Авторы разработали специальную технику генного анализа, с помощью которого установили, что все виды цианобактерий, живущие сегодня, восходят к общему предку, появившемуся примерно 2,9 миллиарда лет назад, а его предшественники отделились от других бактерий около 3,4 миллиарда лет назад. В это время, по мнению исследователей и возник процесс оксигенного фотосинтеза.

Такой большой временной отрыв от Великого окислительного события ученые объясняют тем, что первоначально предки цианобактерий составляли лишь небольшую долю в биосистеме ранней Земли и количество производимого ими кислорода было незначительным.

"В эволюции все всегда начинается с малого, — приводятся в пресс-релизе MIT слова ведущего автора статьи Грега Фурнье (Greg Fournier), доцента геобиологии Департамента Земли, атмосферы и планет. — Несмотря на то, что есть свидетельства раннего кислородного фотосинтеза, который является самым важным и действительно удивительным эволюционным нововведением на Земле, потребовались сотни миллионов лет, чтобы он по-настоящему заработал".

Обычно для того, чтобы проследить изменения генов какой-то группы микроорганизмов на протяжении эволюционной истории, палеобиологи используют метод молекулярных часов, основанный на анализе генетических последовательности современных микробов. Затем, применяя приемы моделирования для оценки скорости генетических изменений, вычисляют время начала эволюции. Но датировка методом молекулярных часов ограничена качеством древних окаменелостей и выбранной моделью, которая может давать разные оценки возраста, в зависимости от предполагаемой скорости изменений.

Авторы исследования соединили технику молекулярных часов с анализом горизонтального переноса генов — независимым методом, который не полагается на окаменелости или предположения о скорости. Это позволило им точнее определить время появления на Земле первых организмов, способных превращать свет и воду в энергию, выделяя при этом кислород.

Источник: Royalsociety.org