Вещество из фотосинтеза работало у древних метаногенных микробов 2,5 млрд лет назад

Исследователи из Виргинского политехнического института и Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что регуляторный процесс, включающий фотосинтез у растений на рассвете, вероятно, развился у древних микробов Земли 2,5 миллиарда лет назад, задолго до появления кислорода.

Исследование предлагает новый взгляд на эволюционную биологию, микробиологию и производство природного газа, а также может пролить свет на проблемы изменения климата, сельского хозяйства и здоровья человека.

Результаты были опубликованы в ранней онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Роль метаногенов

Исследование касается архей, образующих метан (метаногенов), которые обитают в бескислородных средах. Метан — основной компонент природного газа и мощный парниковый газ.

• Круговорот углерода: Метаногены играют ключевую роль в разложении растительной биомассы в бескислородных условиях (например, на дне озёр). Они помогают преобразовать остаточный биоматериал в метан, который другие организмы затем превращают в CO₂, используемый растениями.
• Практическое применение: Этот естественный процесс лежит в основе переработки municipal и промышленных отходов, производства биометана из сельскохозяйственных остатков (возобновляемый ресурс) и получения топлива.
• Сельское хозяйство и здоровье: Метаногены живут в пищеварительной системе жвачных животных, способствуя перевариванию корма. Контроль над их активностью может повысить эффективность использования кормов и производство мяса и молока. В кишечнике человека они участвуют в расщеплении пищи, и есть предположения, что ограничение их активности может помочь в борьбе с ожирением.

Ключевое открытие

Команда исследовала древний метаноген Methanocaldococcus jannaschii, обитающий в глубоководных гидротермальных источниках, где условия схожи с ранней Землёй.

Учёные обнаружили, что белок тиоредоксин, играющий главную роль в современном фотосинтезе, способен восстанавливать многие белки этого организма, повреждённые кислородом.

Поскольку метаногены возникли до появления кислорода на Земле, это свидетельство поднимает возможность, что метаболическая регуляция на основе тиоредоксина могла возникнуть для поддержания анаэробной жизни задолго до появления кислорода.

Это открытие показывает, как успешный эволюционный механизм, появившийся в глубокой древности, был сохранён и используется в высокоорганизованных формах жизни.