Исследование генома опровергает прежние представления о происхождении фотосинтеза
Биологи растений из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) совместно с коллегами из Калифорнийского технологического института (Caltech) реконструировали эволюционную историю фотосинтеза, чтобы получить новые данные о его происхождении.
Наиболее изученная форма — оксигенный фотосинтез, при котором растения используют солнечный свет для преобразования воды в кислород. Однако изучение аноксигенного фотосинтеза, не производящего кислород, имеет решающее значение для понимания того, как ранние микробные метаболизмы могли влиять на геохимические циклы планеты.
«Фотосинтез поддерживает большую часть жизни на нашей планете; однако мы очень мало знаем о том, когда этот важный метаболизм эволюционировал», — пояснил Патрик Ши, соавтор исследования в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Считается, что аноксигенный фотосинтез эволюционировал раньше оксигенного и сыграл роль в некоторых древнейших свидетельствах жизни на Земле, до повышения уровня атмосферного кислорода.
«Широко распространено мнение, что особая группа бактерий под названием Chloroflexi была изобретателем аноксигенного фотосинтеза», — сказал Ши. — «Мы изучили геномы различных Chloroflexi и с помощью филогенетики показали, что эта группа не могла быть одним из первоначальных изобретателей фотосинтеза».
Используя комбинацию сравнительной геномики и анализа молекулярных часов, исследователи установили, что фототрофные представители типа Chloroflexi эволюционировали слишком поздно, чтобы быть предшественниками оксигенного фотосинтеза, который возник около 2,3 миллиарда лет назад. Напротив, выяснилось, что Chloroflexi вообще не предшествовали этому процессу, эволюционировав примерно 867 миллионов лет назад.
«Мы использовали филогенетические методы, в частности анализ молекулярных часов, чтобы оценить, когда произошли эволюционные события. Молекулярные часы позволяют оценить скорость молекулярной эволюции белков, что, в свою очередь, позволяет оценить время конкретных событий», — объяснил Ши. — «Наш анализ показывает, что эта группа на самом деле гораздо моложе, чем предполагалось ранее».
Это исследование — лишь отправная точка в определении возраста и роли важных микробных метаболизмов и идентификации первоначальных изобретателей фототрофии.
«Мы показали, что можем вернуться к некоторым старым вопросам, которые существуют десятилетиями, с помощью новых геномных и филогенетических инструментов», — добавил Ши. — «Это исследование касается понимания происхождения фотосинтеза и подчеркивает, как мало мы знаем об истории основного метаболизма, который движет нашей планетой».