Цианобактерии появились задолго до насыщения Земли кислородом — ученые
Бактерии, вырабатывающие кислород, появились за тысячу миллионов лет до великого события насыщения кислородом Земли примерно 2400 миллионов лет назад. К таким выводам пришли ученые в исследовании, опубликованном 6 августа в журнале Nature Communications.
Чтобы понять, как кислород сформировал раннюю жизнь, ученые из Бристольского университета исследовали, когда развились цианобактерии и когда они начали использовать антиоксиданты, называемые ферментами супероксиддисмутазы (SOD), для управления реактивным кислородом. Они разработали «молекулярные часы», используя геохимические записи, окаменелости цианобактерий и генетическую информацию для создания временной шкалы событий.
Около 2500 миллионов лет назад в атмосфере не было кислорода, которым можно было дышать и озонового слоя не существовало. Вместо этого на планете господствовали микробы. Цианобактерии — единственные бактерии, способные к кислородному фотосинтезу, процессу, также используемому растениями для преобразования углекислого газа в кислород с помощью солнечного света. Сегодня цианобактерии широко распространены по всему океану, но тогда они были в основном ограничены пресной водой и сушей.
Ученые отметили, что кислород обладает высокой реакционной способностью и токсичен. Цианобактерии используют SOD для защиты от этих эффектов, которые все имеют разное эволюционное происхождение — и используют разные микроэлементы.
«Мы изучили эволюционную историю четырех из этих антиоксидантных ферментов: NiSOD, CuZnSOD и SOD, использующих Fe и Mn. Такие SOD встречаются во всем, от животных до растений и бактерий, где они управляют АФК путем преобразования свободных радикалов супероксида в перекись водорода», — сказала доктор Патрисия Санчес-Баракальдо из Бристольской школы географических наук.
Ученые обнаружили, что цианобактерии заимствовали свои гены SOD от других бактерий на протяжении истории несколько раз. В результате разные штаммы использовали разные антиоксидантные ферменты в зависимости от обстоятельств. Например, цианобактерии, которые живут планктонным образом жизни, плавают в океане часто используют NiSOD, тогда как большинство цианобактерий, независимо от среды их обитания, используют Mn- или Fe-SOD.
«Эволюционная траектория другой SOD, использующей кофакторы меди и цинка вместо никеля, соответствовала траектории более старых, более древних цианобактерий, которые диверсифицировались, по крайней мере, 2700 миллионов лет назад. Это говорит о том, что продуцирующие кислород бактерии были оснащены механизмами управления ROS до того, как глобальная атмосфера была наполнена кислородом», — сказала аспирантка Джоанна Боден.
Эта геномная запись содержит жизненно важную информацию о древних местах обитания и доказывает существование жизни на суше и в океане в то время, заключили ученые.
