Oude microben produceerden misschien een miljard jaar eerder zuurstof door fotosynthese dan we dachten, wat betekent dat zuurstof beschikbaar was voor levende organismen die heel dicht bij de oorsprong van het leven op aarde lagen. In een nieuw artikel in Heliyon , een onderzoeker van Imperial College London bestudeerde de moleculaire machines die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese en ontdekte dat het proces al 3,6 miljard jaar geleden is geëvolueerd.

De auteur van de studie, Dr. Tanai Cardona, zegt dat het onderzoek kan helpen bij het oplossen van de controverse rond het moment waarop organismen zuurstof begonnen te produceren - iets dat van vitaal belang was voor de evolutie van het leven op aarde. Het suggereert ook dat de micro-organismen waarvan we eerder dachten dat ze de eerste waren die zuurstof produceerden - cyanobacteriën - zich later ontwikkelden, en dat eenvoudigere bacteriën eerst zuurstof produceerden.

"Mijn resultaten betekenen dat het proces dat tegenwoordig bijna al het leven op aarde in stand houdt, dit misschien al veel langer doet dan we denken, " zei Dr. Cardona. "Het kan zijn dat de vroege beschikbaarheid van zuurstof ervoor zorgde dat microben de wereld miljarden jaren lang konden diversifiëren en domineren. Wat zorgde ervoor dat microben konden ontsnappen uit de wieg waar het leven ontstond en elke uithoek van deze wereld veroverden, meer dan 3 miljard jaar geleden."

Fotosynthese is het proces dat het complexe leven op aarde in stand houdt - alle zuurstof op onze planeet komt van fotosynthese. Er zijn twee soorten fotosynthese:zuurstofrijk en anoxygeen. Zuurstoffotosynthese gebruikt lichtenergie om watermoleculen te splitsen, zuurstof vrijgeven, elektronen en protonen. Anoxygene fotosynthese gebruikt verbindingen zoals waterstofsulfide of mineralen zoals ijzer of arseen in plaats van water, en het produceert geen zuurstof.

Eerder, wetenschappers geloofden dat anoxygene evolueerde lang voordat zuurstof fotosynthese, en dat de atmosfeer van de aarde tot ongeveer 2,4 tot 3 miljard jaar geleden geen zuurstof bevatte. Echter, de nieuwe studie suggereert dat de oorsprong van oxygenische fotosynthese wel een miljard jaar eerder kan zijn geweest, wat betekent dat complex leven ook eerder had kunnen evolueren.

Dr. Cardona wilde weten wanneer zuurstof fotosynthese is ontstaan. In plaats van te proberen zuurstof te detecteren in oude rotsen, dat is wat er eerder was gedaan, hij keek diep in de moleculaire machines die fotosynthese uitvoeren - dit zijn complexe enzymen die fotosystemen worden genoemd. Oxygene en anoxygene fotosynthese gebruiken beide een enzym genaamd Photosystem I. De kern van het enzym ziet er anders uit in de twee soorten fotosynthese, en door te bestuderen hoe lang geleden de genen evolueerden om anders te zijn, Dr. Cardona zou kunnen achterhalen wanneer oxidatieve fotosynthese voor het eerst plaatsvond.

Hij ontdekte dat de verschillen in de genen mogelijk meer dan 3,4 miljard jaar geleden hebben plaatsgevonden - lang voordat werd gedacht dat zuurstof voor het eerst op aarde werd geproduceerd. Dit is ook lang voordat cyanobacteriën - microben waarvan werd gedacht dat ze de eerste organismen waren die zuurstof produceerden - bestonden. Dit betekent dat er voorgangers moeten zijn geweest, zoals vroege bacteriën, die sindsdien zijn geëvolueerd om in plaats daarvan anoxygene fotosynthese uit te voeren.

"Dit is de eerste keer dat iemand heeft geprobeerd de evolutie van de fotosystemen te timen, " zei Dr. Cardona. "Het resultaat wijst op de mogelijkheid dat zuurstof fotosynthese, het proces dat alle zuurstof op aarde heeft geproduceerd, begon eigenlijk in een zeer vroeg stadium in de evolutionaire geschiedenis van het leven - het helpt bij het oplossen van een van de grote controverses in de biologie van vandaag."

Een verrassende bevinding was dat de evolutie van het fotosysteem niet lineair was. Van fotosystemen is bekend dat ze heel langzaam evolueren - ze hebben dit gedaan sinds cyanobacteriën minstens 2,4 miljard jaar geleden verschenen. Maar toen Dr. Cardona die trage evolutie gebruikte om de oorsprong van fotosynthese te berekenen, hij kwam met een datum die ouder was dan de aarde zelf. Dit betekent dat het fotosysteem in het begin veel sneller moet zijn geëvolueerd - iets wat recent onderzoek suggereert dat het te wijten was aan het feit dat de planeet heter was.

"Er is nog veel dat we niet weten over waarom het leven is zoals het is en hoe het meeste biologische proces is ontstaan, "zei Dr. Cardona. "Soms komen onze best opgeleide gissingen niet eens in de buurt van wat er echt zo lang geleden is gebeurd."

Dr. Cardona hoopt dat zijn bevindingen wetenschappers die op zoek zijn naar leven op andere planeten ook kunnen helpen bij het beantwoorden van enkele van hun grootste vragen.