В окаменелостях, датируемых 1,75 миллиарда лет назад, были обнаружены самые ранние прямые доказательства фотосинтеза.
Учёные собрали окаменелости из Австралии, Канады и Демократической Республики Конго и выявили, что образцы из Австралии и Канады содержат свидетельства существования цианобактерий, старейшей известной формы жизни на Земле. Учёные полагают, что цианобактерии впервые появились 2-3 миллиарда лет назад, прежде чем развились и стали способны производить кислород (или оксигенный фотосинтез).
В исследовании, опубликованном 3 января в журнале Nature, учёные обнаружили, что эти окаменелости цианобактерий имеют фотосинтетические структуры, известные как тилакоидные мембраны, которые содержат пигменты, такие как хлорофилл, преобразующие свет в химическую энергию посредством фотосинтеза.
Цианобактерии сохранились в глине, которая со временем уплотнилась и превратилась в камень. Исследователи использовали метод трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ), чтобы увидеть мембраны и другие мельчайшие детали, сохранившиеся в окаменелостях.
Вместо использования света для изображения объектов, ПЭМ использует электроны, длина волны которых намного меньше, чем у света, что позволяет нам видеть гораздо более мелкие детали вплоть до атомного уровня. Учёные бомбардируют образец электронным лучом. Некоторые электроны проходят сквозь него, а некоторые поглощаются или рассеиваются более плотными частями объекта.
«Обнаружение этих мембран говорит нам о том, что [эти клетки] действительно являются цианобактериями, которые осуществляют кислородный фотосинтез, — рассказала Live Science ведущий автор исследования Эммануэль Жаво (Emmanuelle Javaux), палеобиолог из Льежского университета в Бельгии. — Это отодвигает летопись окаменелостей таких мембран на 1,2 миллиарда лет назад.»
Жаво сказала, что определение точного времени, когда цианобактерии развили способность производить кислород, является важной вехой в естественной истории Земли.
Концентрация кислорода в атмосфере Земли резко возросла около 2,45 миллиарда лет назад, во время так называемой Кислородной катастрофы.
Увеличение содержания кислорода в атмосфере изменило жизнь на Земле. Он открыл аэробное дыхание для многих форм жизни и увеличил скорость выветривания минералов и обеспечения питательными веществами различных сред.
Однако учёные не знают, была ли Кислородная катастрофа вызвана эволюцией кислородного фотосинтеза, или же сначала произошли другие экологические или геологические события.
Точные биологические и физические причины Кислородной катастрофы вызывают глубокие споры среди учёных. И хотя фотосинтез цианобактерий обычно считается основной причиной увеличения концентрации кислорода, свою роль могли сыграть и такие факторы, как извержения вулканов или снижение уровня железа в океанах.
«Если оксигенный фотосинтез развился очень рано, но уровни кислорода накапливались в атмосфере гораздо позже, это говорит о том, что действуют и другие процессы, такие как захоронение органического углерода», — рассказал Грег Фурнье (Greg Fournier), геобиолог из Массачусетского технологического института, который не принимал участия в исследовании.
Фурнье сказал, что возраст окаменелых структур в новом исследовании хорошо вписывается в рамки современных теорий о том, когда появились цианобактерии с тилакоидными мембранами.
Использование исследователями электронной микроскопии потенциально открывает путь к повторному анализу старых, существующих образцов окаменелостей с использованием той же техники визуализации, чтобы точно определить, когда у цианобактерий впервые развились тилакоидные мембраны.
«Потенциально мы могли бы определить время этих эволюционных инноваций и связать их с историей биосферы», — сказал Фурнье.
