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    L'ossigeno avrebbe potuto essere disponibile per la vita già 3,5 miliardi di anni fa

    Cianobatteri da vicino. Credito:Dr. Norbert Lange / Shutterstock

    I microbi potrebbero aver eseguito la fotosintesi che produce ossigeno almeno un miliardo di anni prima nella storia della Terra di quanto si pensasse in precedenza.

    La scoperta potrebbe cambiare le idee su come e quando la vita complessa si è evoluta sulla Terra, e quanto è probabile che possa evolversi su altri pianeti.

    L'ossigeno nell'atmosfera terrestre è necessario per forme di vita complesse, che lo utilizzano durante la respirazione aerobica per produrre energia.

    I livelli di ossigeno nell'atmosfera sono aumentati drammaticamente circa 2,4 miliardi di anni fa, ma perché è successo allora è stato discusso. Alcuni scienziati pensano che 2,4 miliardi di anni fa si siano evoluti per la prima volta organismi chiamati cianobatteri, che potrebbe eseguire la fotosintesi che produce ossigeno (ossigenica).

    Altri scienziati pensano che i cianobatteri si siano evoluti molto prima di 2,4 miliardi di anni fa, ma qualcosa ha impedito all'ossigeno di accumularsi nell'aria.

    I cianobatteri eseguono una forma relativamente sofisticata di fotosintesi ossigenata, lo stesso tipo di fotosintesi che tutte le piante fanno oggi. È stato quindi suggerito che forme più semplici di fotosintesi ossigenata potrebbero essere esistite prima, prima dei cianobatteri, portando a bassi livelli di ossigeno disponibile per la vita.

    Ora, un gruppo di ricerca guidato dall'Imperial College di Londra ha scoperto che la fotosintesi ossigenata è sorta almeno un miliardo di anni prima dell'evoluzione dei cianobatteri. I loro risultati, pubblicato sulla rivista geobiologia , mostrano che la fotosintesi ossigenata potrebbe essersi evoluta molto presto nella storia di 4,5 miliardi di anni della Terra.

    L'autore principale Dr. Tanai Cardona, dal Dipartimento di Scienze della Vita dell'Imperial, disse:"Sappiamo che i cianobatteri sono molto antichi, ma non sappiamo esattamente quanto antico. Se i cianobatteri sono, Per esempio, 2,5 miliardi di anni, il che significherebbe che la fotosintesi ossigenata potrebbe essere iniziata già 3,5 miliardi di anni fa. Suggerisce che potrebbero non volerci miliardi di anni prima che un processo come la fotosintesi ossigenata inizi dopo l'origine della vita".

    Se la fotosintesi ossigenata si è evoluta presto, potrebbe significare che evolversi è un processo relativamente semplice. La probabilità che la vita complessa emerga in un esopianeta distante potrebbe quindi essere piuttosto alta.

    È difficile per gli scienziati capire quando i primi produttori di ossigeno si sono evoluti utilizzando i record di roccia sulla Terra. Più vecchie sono le rocce, più sono rari, e più è difficile provare in modo conclusivo che qualsiasi microbi fossile trovato in queste antiche rocce usava o produceva una qualsiasi quantità di ossigeno.

    Anziché, il team ha studiato l'evoluzione di due delle principali proteine ​​coinvolte nella fotosintesi ossigenata.

    Nella prima fase della fotosintesi, i cianobatteri usano l'energia della luce per dividere l'acqua in protoni, elettroni e ossigeno con l'aiuto di un complesso proteico chiamato Fotosistema II.

    Il fotosistema II è costituito da due proteine ​​chiamate D1 e D2. Originariamente, le due proteine ​​erano le stesse, ma sebbene abbiano strutture molto simili, le loro sequenze genetiche sottostanti sono ora diverse.

    Ciò dimostra che D1 e D2 si sono evoluti separatamente:nei cianobatteri e nelle piante condividono solo il 30% della loro sequenza genetica. Anche nella loro forma originale, D1 e D2 sarebbero stati in grado di eseguire la fotosintesi ossigenata, quindi sapere quanto tempo fa erano identici potrebbe rivelare quando questa abilità si è evoluta per la prima volta.

    Per scoprire che la differenza di tempo tra D1 e D2 è identica al 100%, e sono solo il 30 percento uguali nei cianobatteri e nelle piante, il team ha determinato la velocità con cui le proteine ​​stavano cambiando, il loro tasso di evoluzione.

    Utilizzando potenti metodi statistici ed eventi noti nell'evoluzione della fotosintesi, hanno determinato che le proteine ​​D1 e D2 nel Fotosistema II si sono evolute estremamente lentamente, persino più lentamente di alcune delle più antiche proteine ​​in biologia che si ritiene si trovino nelle prime forme di vita.

    Da questa, hanno calcolato che il tempo tra le proteine ​​identiche D1 e D2 e ​​le versioni simili del 30% nei cianobatteri e nelle piante è di almeno un miliardo di anni, e potrebbe essere più di questo.

    Il dottor Cardona ha detto:"Di solito, la comparsa della fotosintesi ossigenata e dei cianobatteri è considerata la stessa cosa. Così, per scoprire quando l'ossigeno veniva prodotto per la prima volta, i ricercatori hanno cercato di scoprire quando i cianobatteri si sono evoluti per la prima volta.

    "Il nostro studio mostra invece che la fotosintesi ossigenata probabilmente è iniziata molto prima che si manifestasse il più recente antenato dei cianobatteri. Ciò è in accordo con gli attuali dati geologici che suggeriscono che le zaffate di ossigeno o gli accumuli localizzati di ossigeno erano possibili prima di tre miliardi di anni fa.

    "Perciò, l'origine della fotosintesi ossigenata e l'antenato dei cianobatteri non rappresentano la stessa cosa. Potrebbe esserci un divario temporale molto grande tra l'uno e l'altro. È un enorme cambiamento di prospettiva".

    Ora, il team sta cercando di ricreare l'aspetto del fotosistema prima che D1 e D2 si evolvessero in primo luogo. Utilizzando la nota variazione nei codici genetici del fotosistema in tutte le specie viventi oggi, stanno cercando di mettere insieme il codice genetico ancestrale del fotosistema.


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