Forntida mikrober kan ha producerat syre genom fotosyntes en miljard år tidigare än vi trodde, vilket betyder att syre var tillgängligt för levande organismer mycket nära livets ursprung på jorden. I en ny artikel i Heliyon , en forskare från Imperial College London studerade molekylära maskiner som är ansvariga för fotosyntesen och fann att processen kan ha utvecklats för 3,6 miljarder år sedan.

Författaren till studien, Dr Tanai Cardona, säger att forskningen kan hjälpa till att lösa kontroversen kring när organismer började producera syre - något som var avgörande för utvecklingen av livet på jorden. Det antyder också att mikroorganismerna som vi tidigare trodde var de första som producerade syre - cyanobakterier - utvecklades senare, och att enklare bakterier producerade syre först.

"Mina resultat innebär att processen som upprätthåller nästan allt liv på jorden idag kan ha gjort det mycket längre än vi tror, "sa Dr Cardona." Det kan ha varit att den tidiga tillgången på syre var det som gjorde att mikrober kunde diversifiera och dominera världen i miljarder år. Vad gjorde det möjligt för mikrober att fly från vaggan där livet uppstod och erövra alla hörn av denna värld, för mer än 3 miljarder år sedan. "

Fotosyntes är processen som upprätthåller komplext liv på jorden - allt syre på vår planet kommer från fotosyntes. Det finns två typer av fotosyntes:syresyra och anoxygen. Oxygenisk fotosyntes använder ljusenergi för att dela vattenmolekyler, frigör syre, elektroner och protoner. Anoxygen fotosyntes använder föreningar som vätesulfid eller mineraler som järn eller arsenik istället för vatten, och det producerar inte syre.

Tidigare, forskare trodde att anoxygen utvecklades långt innan syresyntes fotosyntes, och att jordens atmosfär inte innehöll syre förrän för cirka 2,4 till 3 miljarder år sedan. Dock, den nya studien tyder på att ursprunget till syresyra fotosyntes kan ha varit så mycket som en miljard år tidigare, vilket innebär att komplext liv skulle ha kunnat utvecklas tidigare också.

Dr Cardona ville ta reda på när syresyra fotosyntes uppstod. Istället för att försöka upptäcka syre i gamla stenar, vilket är vad som hade gjorts tidigare, han tittade djupt in i de molekylära maskinerna som utför fotosyntesen - det här är komplexa enzymer som kallas fotosystem. Syre- och anoxygenisk fotosyntes använder båda ett enzym som kallas fotosystem I. Kärnan i enzymet ser annorlunda ut i de två typerna av fotosyntes, och genom att studera hur länge sedan generna utvecklades till att vara olika, Dr Cardona kunde träna när oxidativ fotosyntes först inträffade.

Han fann att skillnaderna i generna kan ha inträffat för mer än 3,4 miljarder år sedan - långt innan syre antogs ha först producerats på jorden. Detta är också långt innan cyanobakterier - mikrober som man trodde var de första organismerna som producerade syre - existerade. Det betyder att det måste ha funnits föregångare, som tidiga bakterier, som sedan har utvecklats för att utföra anoxygen fotosyntes istället.

"Det här är första gången som någon har försökt att ta fram utvecklingen av fotosystemen, "sa Dr Cardona." Resultatet antyder möjligheten att syresynt fotosyntes, processen som har producerat allt syre på jorden, började faktiskt på ett mycket tidigt stadium i livets evolutionära historia - det hjälper till att lösa en av de stora kontroverserna inom biologin idag. "

En överraskande upptäckt var att fotosystemets utveckling inte var linjär. Fotosystemen är kända för att utvecklas mycket långsamt - de har gjort det sedan cyanobakterier uppträdde för minst 2,4 miljarder år sedan. Men när Dr Cardona använde den långsamma utvecklingshastigheten för att beräkna fotosyntesens ursprung, han kom på ett datum som var äldre än jorden själv. Det betyder att fotosystemet måste ha utvecklats mycket snabbare i början - något ny forskning tyder på berodde på att planeten var hetare.

"Det finns fortfarande mycket vi inte vet om varför livet är som det är och hur de flesta biologiska processer uppstod, "sa Dr Cardona." Ibland är våra bäst utbildade gissningar inte ens i närheten av att representera vad som verkligen hände för så länge sedan. "

Dr Cardona hoppas att hans resultat också kan hjälpa forskare som söker liv på andra planeter svara på några av deras största frågor.