光合作用开始早于原来相信的数十亿年

admin 2018-05-14

该图像是光系统I的晶体结构(PDB ID:1JB0)。信用:Elsevier

早在十亿年前,古代微生物就可能通过光合作用产生氧气,这比我们想象的要早,这意味着氧气可用于非常接近地球上生命起源的生物体。在伦敦帝国理工学院的一篇新文章中,伦敦帝国学院的一位研究人员研究了负责光合作用的分子机器,并发现这个过程可能在36亿年前就已经发展了。

该研究的作者Tanai Cardona博士说,这项研究可以帮助解决生物体开始产生氧气时的争议 - 这对于地球上的生命进化是至关重要的。它还表明,我们以前认为是第一个产生氧的微生物 - 蓝细菌 - 后来发展起来,而且更简单的细菌首先产生了氧气。

卡多纳博士说:“我的结果意味着,今天维持地球上几乎所有生命的过程可能比我们想象的要长得多。” “这可能是因为氧气的早期获得使得微生物可以在数十亿年内多样化并统治世界。什么让微生物逃离了30多亿年前人类生活和征服这个世界每个角落的摇篮。“

光合作用是维持地球上复杂生命的过程 - 地球上的所有氧气都来自光合作用。有两种类型的光合作用:氧合和无氧合成。含氧光合作用利用光能来分解水分子,释放氧,电子和质子。无氧光合作用使用硫化氢等化合物或铁或砷等矿物质代替水,并且不产生氧气。

这块板子是集胞藻的一种培养物。 PCC 6803,一种单细胞蓝细菌。信用:Elsevier

以前,科学家们认为,在氧合光合作用之前很久就已经形成了不产生氧的现象,而且直到大约二十四亿至三十亿年前,地球大气中才含有氧气。然而,这项新研究表明,含氧光合作用的起源可能早在十亿年前,这意味着复杂的生命也能够早些发展。

卡多纳博士想知道什么时候发生氧合光合作用。他不是试图探测古代岩石中的氧气,而是以前所做的,他深入进行光合作用的分子机器 - 这些是称为光系统的复杂酶。产氧和无氧光合作用都使用称为Photosystem I的酶。两种光合作用的酶核心看起来不同,并且通过研究多久以前基因发生了不同的变化,卡多纳博士可以在氧化光合作用发生时解决。

他发现这些基因的差异可能发生在超过34亿年以前 - 早在氧气就被认为是第一次在地球上产生之前。蓝藻 - 被认为是第一个生产氧气的微生物 - 也存在很久。这意味着一定有前辈,如早期的细菌,而后来演变为进行氧合光合作用的光合作用。

卡多纳博士说:“这是任何人都第一次试图推动光系统的发展。 “这一结果暗示了氧合光合作用,即生成地球上所有氧气的过程,实际上是在生命进化史的早期阶段开始的 - 它有助于解决当今生物学中的一个重大争议。”

一个令人惊讶的发现是光系统的演变不是线性的。据了解,光系统进化非常缓慢 - 他们已经这样做了,因为蓝细菌至少在24亿年前出现。但是当卡多纳博士利用这种缓慢的进化速度来计算光合作用的起源时,他想出了一个比地球本身更早的日期。这意味着光系统一开始就必须发展得更快 - 最近的研究表明,这个星球正在变暖。

卡尔多纳博士说:“仍然有很多我们不知道为什么生命是这样的,以及大多数生物过程是如何起源的。 “有时候我们受过最好教育的猜测甚至不能代表很久以前真正发生的事情。”

卡多纳博士希望他的发现也能帮助那些在其他星球上寻找生命的科学家回答一些他们最大的问题。

出版物:Tanai Cardona,“异源二聚体光系统I的早期太古代起源”,Heliyon,2018年; DOI:10.1016 / j.heliyon.2018.e00548

来源:Victoria Howard,Elsevier


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