Maleńkie skamieliny, które spędziły prawie dwa miliardy lat uwięzione w kawałkach starożytnych skał, dają nam pierwszy dowód fotosyntezy na Ziemi.
W formacji McDermott na pustyni w północnej Australii nazywane są małymi konstrukcjami Tylakoidy Odkryto go w czymś, co uważa się za skamieniałość Cyjanobakteria Pochodzi sprzed 1,75 miliarda lat.
Struktury te znajdują się w komórkach współczesnych organizmów fotosyntetycznych i zawierają pigment chlorofil używany do pochłaniania światła w procesie fotosyntezy.
Oznacza to, że mikroskamieniałości stanowią najstarszy bezpośredni dowód fotosyntezy, dając nam nową dolną granicę wieku pojawienia się cyjanobakterii przenoszących tylakoidy oraz nowe narzędzie do zrozumienia wczesnych ekosystemów Ziemi i sposobu pojawienia się życia na naszej planecie.
„Nasze badanie dostarcza bezpośrednich dowodów na istnienie metabolicznie aktywnych cyjanobakterii przeprowadzających fotosyntezę beztlenową”. – pisze zespół kierowany przez mikrobiolog Catherine Demoulin Z Uniwersytetu w Liège.
Wyniki sugerują, że szczegółowa analiza innych skamieniałości mogłaby zidentyfikować więcej podobnych struktur, wskazując moment, w którym struktury fotosyntetyczne zostały pochłonięte i zasilane przez pierwsze formy złożonych komórek glonów.
Fotosynteza, która wykorzystuje światło słoneczne do przemiany wody i dwutlenku węgla w glukozę i tlen, może wydawać się czymś, co rośliny i glony po cichu robią sobie tam, ale jest podstawą przetrwania prawie wszystkich żywych istot.
Organizmy fotosyntetyzujące nie tylko stanowią podstawę większości sieci pokarmowych, ale ich procesy metaboliczne wypełniają atmosferę tlenem do oddychania, którego większość z nas potrzebuje do przetrwania.
Wiemy, że na początku historii Ziemi w atmosferze i oceanach nie było dużo tlenu swobodnie unoszącego się w powietrzu. Jednak różne dowody geochemiczne pokazują, że poziom tlenu nagle wzrósł Około 2,4 miliarda lat temu Tak zwane wielkie wydarzenie utleniające. Nie jest jasne, dlaczego tak się dzieje, ale jedną z możliwości jest pojawienie się organizmów fotosyntetycznych.
Najstarszym niekwestionowanym dowodem mikroskamieniałości na obecność cyjanobakterii jest organizm zwany Eoentophysalis belcherensisnawet przestarzały 2,018 miliarda lat temu. Jednak skamieniałości są często trudne do interpretacji, a ich wewnętrzna struktura nie zawsze pozostaje nienaruszona. Nie wszystkie sinice zawierają tylakoidy.
Demoulin i jej współpracownicy wykorzystali różne techniki mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości do badania zewnętrznych i wewnętrznych struktur mikroskamieniałości gatunku znanego jako Navifosa magenensisUważa się, że są to sinice. W ciałach organizmów jednokomórkowych z dwóch klas kopalnych odkryli błony tylakoidów.
Skamieniałości te pochodziły z formacji Grassy Bay w Kanadzie i datowano je na 1,01 miliarda lat temu; oraz formacja McDermott, której początki sięgają 1,75 miliarda lat. To wydłuża zapis kopalny tylakoidów aż do 1,2 miliarda lat i oznacza, że fotosynteza tlenowa musiała wyewoluować wcześniej.
Nie wiemy jednak jeszcze, czy ewoluowały one z biegiem czasu i przyczyniły się do wielkiego zdarzenia utleniania. Tylko odnalezienie starożytnych skamieniałości i dokładne ich zbadanie może dać nam odpowiedź na to palące pytanie.
„Odkrycie zachowanych w nich tylakoidów N. Magensis Zgłoszone tutaj dostarczają bezpośrednich dowodów na minimalny wiek około 1,75 miliarda lat temu na różnicę między bakteriami niosącymi tylakoidy a cyjanobakteriami niezawierającymi tylakoidów. Naukowcy piszą.
„Przewidujemy, że podobne analizy ultrastrukturalne dobrze zachowanych mikroskamieniałości mogą poszerzyć zapis geologiczny tlenowych organizmów fotosyntetycznych, wczesnych ekosystemów beztlenowych, w których ewoluowały złożone komórki”.
Badanie zostało opublikowane w Natura.