Уточнение происхождения ключевого эволюционного новшества Земли
Учёные из MIT определили время появления цианобактерий и оксигенного фотосинтеза — способности превращать свет и воду в энергию с выделением кислорода. Это событие сделало возможным накопление кислорода в атмосфере и океанах.
Новый метод анализа генов показывает:
- Все современные виды цианобактерий происходят от общего предка, появившегося ~2.9 млрд лет назад.
- Предки цианобактерий отделились от других бактерий ~3.4 млрд лет назад.
Это означает, что оксигенный фотосинтез, вероятно, развился в течение последующих 500 миллионов лет в архейском эоне. Таким образом, он появился как минимум за 400 млн лет до Великого кислородного события (GOE) ~2.4 млрд лет назад.
«В эволюции всё начинается с малого. Даже при наличии свидетельств раннего оксигенного фотосинтеза — самого важного и удивительного эволюционного новшества на Земле — потребовались сотни миллионов лет, чтобы оно заработало в полную силу», — говорит ведущий автор Грег Фурнье.
Новый метод датирования
Чтобы уточнить датировку, исследователи совместили метод молекулярных часов с анализом горизонтального переноса генов (HGT) — независимого метода, не полагающегося только на окаменелости или модели скоростей мутаций.
Логика метода:
- HGT указывает, что группа, получившая ген, эволюционно моложе группы, от которой ген произошёл.
- Учёные выявили 34 случая HGT среди тысяч бактерий, включая цианобактерии.
- Эти данные использовали для проверки шести моделей молекулярных часов. Одна модель точно соответствовала относительным возрастам из анализа HGT.
- Эту точную модель применили для датировки цианобактерий.
Анализ также показал, что непосредственно перед GOE, около 2.4 млрд лет назад, цианобактерии пережили всплеск диверсификации. Это предполагает, что их быстрое расширение могло стать спусковым крючком для GOE.
Исследование демонстрирует, что молекулярные часы с учётом HGT могут надёжно определять возраст групп по всему древу жизни, даже для древних микробов без ископаемых следов.