Окаменелости возрастом 1,75 миллиарда лет помогают объяснить, как развивался фотосинтезОкаменелости возрастом 1,75 миллиарда лет помогают объяснить, как развивался фотосинтез
Ископаемые бактерии из Австралии являются самыми ранними свидетельствами существования фотосинтетических структур, называемых тилакоидами, которые, возможно, способствовали накоплению кислорода в атмосфере Земли.
Эти структуры являются самыми древними из когда-либо обнаруженных, сообщили исследователи 3 января в журнале Nature. Эта находка отодвигает свидетельства существования тилакоидов у цианобактерий на 1,2 миллиарда лет назад.
Изобретенный цианобактериями фотосинтез обеспечивает кислород в атмосфере Земли. "Так что они имеют большое значение", - говорит Вудворд Фишер, геобиолог из Калифорнийского технологического института, который не принимал участия в исследовании. И "это та информация, которую, как я думал, мы не сможем извлечь из ископаемых", - говорит он.
В большинстве ископаемых сохраняются минерализованные ткани, такие как кости или раковины, но бактерии не содержат таких минеральных структур. По словам Фишера, эти ископаемые представляют собой "просто спрессованный углерод", застывший в иле. То, что бактерии сохранились, уже впечатляет, но новые ископаемые останки демонстрируют сложные структуры внутри микроскопических бактерий. "Это наводит на мысль о будущем, когда мы сможем извлекать больше информации, больше клеточной биологии и морфологических подробностей из этих крошечных ископаемых", - говорит он.
По словам Патриции Санчес-Баракальдо, эволюционного микробиолога из Бристольского университета в Англии, у исследователей уже были косвенные доказательства, полученные в результате генетических и химических исследований, что цианобактерии уже развили тилакоиды к тому времени, когда жили эти ископаемые бактерии. Однако вопрос о том, когда именно возникли эти структуры, вызывает жаркие споры. По мнению Санчес-Баракальдо, которая не принимала участия в работе, увидеть ископаемые свидетельства существования таких старых тилакоидов очень интересно. "Любые свидетельства, относящиеся к тому периоду времени, очень важны, потому что ископаемые очень скудны".
Некоторые исследователи считают, что тилакоиды могли развиться до Великого окислительного события, произошедшего около 2,4 миллиарда лет назад. До этого события в атмосфере то тут, то там появлялся кислород, но для того, чтобы уровень кислорода на Земле резко вырос, потребовалась целенаправленная деятельность фотосинтезирующих бактерий. Скопления тилакоидов в цианобактериях могли многократно увеличить производство кислорода бактериями.
По мнению Санчес-Баракальдо, в тот период, когда жили ископаемые цианобактерии, уровень кислорода в атмосфере Земли резко упал и составил лишь малую часть от сегодняшнего. Эти ископаемые свидетельствуют о том, что, возможно, существовали небольшие очаги, где кислород был в изобилии и мог способствовать эволюции предков растений и животных. По словам Эммануэль Жаво, астробиолога из Льежского университета (Бельгия), многие породы, в которых могут находиться такие окаменелости, были спрессованы и "прожарены", разрушив хрупкие внутриклеточные структуры, такие как тилакоиды.
"Мы не знали, что они могут сохраниться в таких старых микроокаменелостях", - говорит она. Но она не сомневается, что темные полоски, проходящие через крошечные клетки в форме сосисок, представляют собой тилакоиды. "На самом деле это не может быть чем-то другим. Такое расположение очень уникально для цианобактерий с тилакоидами", - утверждает она.
Исследователи обнаружили микроскопические окаменелости цианобактерий, получивших название Navifusa majensis (слева), в сланцах возрастом от 1,73 до 1,78 миллиарда лет, добытых в Австралии. Если заглянуть внутрь окаменелостей, то можно увидеть черные горизонтальные линии, указывающие на то, что бактерия содержала стопки мембран, известных как тилакоиды (справа), как у современных бактерий и растений, где происходит фотосинтез с выделением кислорода. C.F. Demoulin et al./NATURE 2024.
Жаво и коллеги обнаружили самые древние тилакоидоподобные структуры в микроокаменелостях из австралийского сланца. Эти структуры также присутствовали в ископаемых из Канады возрастом около 1 миллиарда лет, но отсутствовали в ископаемых из Конго возрастом 1 миллиард лет. В породах из Конго температура была несколько выше, чем в других, что могло уничтожить ископаемые свидетельства существования тилакоидов. А может быть, эти окаменелости представляют собой цианобактерии, которые никогда не развивали эти структуры, или совсем другой тип микробов.
Исследователи не могут сказать по окаменелостям, являются ли австралийские и канадские цианобактерии прямыми предками ныне живущих видов, но они почти наверняка являются двоюродными братьями. Авторы надеются изучить более древние породы, образовавшиеся до Великого окислительного события, чтобы найти еще более древние свидетельства существования тилакоидов.
