Наноустройство в цианобактериях раскрывает, как ранняя жизнь использовала свет для производства кислорода

Международная группа учёных расшифровала структуру светособирающего "наноустройства" в одной из древнейших линий цианобактерий, что проливает свет на ключевой этап эволюции Земли.

Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, даёт беспрецедентное представление о том, как ранняя жизнь использовала солнечный свет для производства кислорода — процесса, навсегда изменившего планету.

Команда, включая доктора Танаи Кардону из Лондонского университета королевы Марии, исследовала Фотосистему I (PSI) — молекулярный комплекс, преобразующий свет в электрическую энергию. Его выделили из Anthocerotibacter panamensis — недавно открытого вида, представляющего линию, отделившуюся от всех других цианобактерий примерно 3 миллиарда лет назад.

Эта живая реликвия почти не имеет близких родственников: её ближайший известный эволюционный "сестринский" вид отделился около 1,4 миллиарда лет назад.

"Мы не можем вернуться на 3 миллиарда лет назад, чтобы наблюдать за цианобактериями на Земле, — сказал ведущий автор исследования доктор Мин-Ян Хо из Национального университета Тайваня. — Вот почему так важен рано отделившийся A. panamensis; он позволяет нам заглянуть в прошлое".

Большинство цианобактерий, а также все водоросли и растения, упаковывают свой фотосинтетический аппарат в стопки мембранных листов, называемых тилакоидами (представьте несколько слоёв солнечных панелей). A. panamensis не имеет тилакоидов, ограничивая весь свой фотосинтетический инструментарий одним слоем мембраны. Это ограничивает фотосинтез, поэтому эти цианобактерии растут медленно и в лаборатории переносят только тусклый свет.

"Имея на руках эту структуру PSI, — добавил соавтор доктор Кристофер Гизриэль из Университета Висконсин-Мэдисон, — мы можем сравнить её с другими и увидеть, какие черты являются древними, а какие — недавними эволюционными инновациями".

Команда обнаружила, что, хотя белковые последовательности изменились, как и у любой бактерии, архитектура PSI осталась почти неизменной: три единицы PSI соединяются в трёхлистную конфигурацию, неся в совокупности более 300 светопоглощающих пигментов, таких как хлорофиллы и каротиноиды.

Доктор Танаи Кардона заключил: "Даже 3 миллиарда лет назад фотосинтез, по-видимому, достиг замечательной степени сложности. Чтобы найти истинное происхождение кислород-продуцирующего фотосинтеза, нам придётся заглянуть ещё дальше — до того, как сами цианобактерии эволюционировали".