Наноустройство, преобразующее свет в электричество, обнаруженное в цианобактериях, показывает, как ранние формы жизни использовали солнечный свет для производства кислорода

Международная группа учёных раскрыла ключевую часть эволюционной головоломки Земли, расшифровав структуру «наноустройства», собирающего свет, в одной из самых древних линий цианобактерий на планете. Это открытие, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, даёт беспрецедентное представление о том, как ранняя жизнь использовала солнечный свет для производства кислорода — процесса, который навсегда изменил нашу планету.

Команда учёных, в том числе доктор Танай Кардона из Лондонского университета королевы Марии, сосредоточилась на фотосистеме I (PSI) — молекулярном комплексе, преобразующем свет в электрическую энергию, — очищенном от Anthocerotibacter panamensis — недавно открытого вида, отделившегося от всех остальных цианобактерий примерно 3 миллиарда лет назад.

Примечательно, что у этого живого ископаемого почти нет близких родственников, а его ближайший известный эволюционный «родственник» отделился от него около 1,4 миллиарда лет назад.

«Мы не можем вернуться на 3 миллиарда лет назад, чтобы понаблюдать за цианобактериями на Земле, — сказал доктор Минг-Янг Хо из Национального университета Тайваня, ведущий автор исследования. — Вот почему A. panamensis с ранним ответвлением так важен: он позволяет нам заглянуть в прошлое».

Большинство цианобактерий, а также все водоросли и растения, упаковывают свой фотосинтезирующий механизм в многослойные мембранные листы, называемые тилакоидами: представьте себе несколько слоёв солнечных панелей. У A. panamensis отсутствуют тилакоиды, поэтому весь его фотосинтезирующий механизм ограничен одним слоем мембраны. Это ограничение ограничивает фотосинтез, поэтому эти цианобактерии без тилакоидов растут медленно и в лабораторных условиях переносят только слабый свет.

«Имея в руках эту структуру PSI, — добавил соавтор исследования доктор Кристофер Гизриэль из Университета Висконсин-Мэдисон, — мы можем сравнить её с другими и увидеть, какие особенности являются древними, а какие — недавними эволюционными нововведениями».

Команда исследователей обнаружила, что, хотя последовательности белков изменились, как и у любых других бактерий, архитектура PSI почти не изменилась: три единицы PSI соединяются в форме трёхлистного клевера, в совокупности содержащего более 300 светопоглощающих пигментов, таких как хлорофиллы и каротиноиды.

Доктор Танай Кардона заключил: «Даже 3 миллиарда лет назад фотосинтез, по-видимому, достиг поразительной степени сложности. Чтобы найти истинное происхождение фотосинтеза, вырабатывающего кислород, нам придётся заглянуть ещё дальше в прошлое — до того, как появились цианобактерии».

Источник: Phys.org