Историята на живота на Земята е дълбоко преплетена с еволюцията на фотосинтезата - процес, който е променил околната среда на планетата и е проправил пътя на сложния живот. В основата на тази история са цианобактериите - древни микроорганизми, чието новаторство в кислородната фотосинтеза бележи повратна точка в историята на Земята.

Скорошно проучване разкри най-старото пряко доказателство за структурите на кислородната фотосинтеза, запазено във фосилизирани бактерии, открити в Австралия и Канада. Тези вкаменелости, датирани отпреди 1.75 милиарда години, промениха разбирането ни за времевата рамка на този процес, поддържащ живота, като отдалечиха произхода му с поне 1.2 милиарда години.

Това откритие хвърля светлина върху еволюционния скок, който е позволил на цианобактериите да използват слънчевата светлина, водата и въглеродния диоксид, за да произвеждат кислород - пробив, който коренно е променил атмосферата и екосистемите на Земята.

Фотосинтезата в най-ранната си форма вероятно се е появила преди около 3.5 милиарда години като кислородна фотосинтеза - процес, при който не се произвежда кислород. Цианобактериите са сред първите организми, които преминават към кислородна фотосинтеза, като използват специализирани клетъчни структури, наречени тилакоидни мембрани.

Тези плътни ламелни мембрани от мазнини и протеини служат като място, където светлинната енергия се преобразува в химическа, като се отделя кислород като страничен продукт.

Появата на цианобактериите, произвеждащи кислород, предизвиква Голямото кислородно събитие (GOE) преди около 2.4 милиарда години. Това събитие бележи драматична промяна в състава на атмосферата на Земята, като дава възможност за диверсификация на аеробния живот и полага основите на сложни екосистеми.

С течение на времето цианобактериите стават предшественици на хлоропластите - органелите, отговорни за фотосинтезата в съвременните растения и водорасли.

Д-р Еманюел Жаво, съавтор на скорошното проучване от Университета в Лиеж, Белгия, обяснява: „Производството на кислород от тях е променило дълбоко химическия състав на океаните и атмосферата на Земята, както и еволюцията на биосферата, включително на сложния живот“.

Изследването предоставя най-ранните преки доказателства за тилакоидни мембрани, открити във вкаменелости на бактерии от формацията McDermott в Австралия и формацията Grassy Bay в Арктическа Канада.

Тези вкаменелости представляват значителен скок в сравнение с предишните данни, които документираха тилакоиди само във вкаменелости на възраст от 150 до 550 милиона години. Вкаменелостите са изследвани чрез щателни техники, включващи вграждане на смола, свръхтънки срезове и електронна микроскопия.

Въпреки огромната си научна стойност вкаменените бактерии са рядкост поради меката си природа, която прави съхранението им трудно. Д-р Робърт Бланкеншип, професор във Вашингтонския университет в Сейнт Луис, отбелязва: „Организми с меко тяло като бактериите не се запазват добре във фосилните записи, а вътрешните им структури са още по-трудни за откриване“.

Запазените тилакоидни мембрани, не по-широки от човешки косъм, дават уникален поглед върху клетъчната архитектура на тези древни микроорганизми. Откритието им подчертава устойчивостта на фотосинтетичните механизми на цианобактериите, които са поразително сходни с тези, открити в днешните растения.

Появата на цианобактериите и способността им да произвеждат кислород бележи повратна точка в еволюционната история на Земята. GOE води до развитието на богати на кислород ниши, които подпомагат диверсификацията на аеробния живот, включително еукариотите. Този преход катализира и еволюцията на фотосинтезиращите протисти, многоклетъчните водорасли и сухоземните растения.

Въпреки че откриването на древни тилакоидни мембрани представлява важен етап, въпросите за еволюционните пътища на фотосинтезата остават. По-нататъшни изследвания на по-стари микрофосили с помощта на усъвършенствани техники биха могли да разкрият допълнителни тайни на този ключов процес.

Вкаменелостите могат да дадат отговор на въпроса дали фотосинтезата, произвеждаща кислород, се е появила преди, по време или след Голямото кислородно събитие. Тъй като учените продължават да откриват тези микроскопични останки от древен живот, историята на превръщането на Земята в обитаем свят става все по-ясна.

Снимка: Unsplash/Emmanuelle Javaux/Luke Thompson/Chisholm Lab, Nikki Watson/Whitehead/MIT

Виж още: Дизайнер превърна емотикона на обувката на Apple в истинска маратонка, която можете да си купите