Biologi vegetali presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), in collaborazione con i colleghi del California Institute of Technology (Caltech), hanno ricostruito la storia evolutiva della fotosintesi per fornire nuove informazioni sulla storia ancora in corso delle sue origini.

La forma più comunemente studiata di fotosintesi è la fotosintesi ossigenata, il metodo attraverso il quale le piante utilizzano la luce solare per convertire l'acqua in ossigeno. Però, ulteriori studi sulla fotosintesi anossigenica, che non produce ossigeno, sono fondamentali per comprendere come i primi metabolici microbici possano aver influenzato i cicli geochimici del pianeta.

"La fotosintesi supporta la maggior parte della vita sul nostro pianeta; tuttavia, sappiamo molto poco di quando si è evoluto questo importante metabolismo, " ha spiegato Patrick Shih, un ricercatore post-dottorato nella divisione di genomica ambientale e biologia dei sistemi del Berkeley Lab e co-primo autore di un recente studio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze intitolato "Evoluzione della bicicletta 3-idrossipropionato e recente trasferimento della fotosintesi anossigenica nel Chloroflexi". Woodward Fisher, professore di geobiologia al Caltech, è anche co-primo autore dello studio.

Si pensa che la fotosintesi anossigenica si sia evoluta prima della fotosintesi ossigenata, giocando un ruolo in alcune delle prime prove della vita sulla Terra, prima dell'aumento dell'ossigeno atmosferico.

"È stato ampiamente ipotizzato che un gruppo speciale di batteri chiamato Chloroflexi sia stato l'inventore della fotosintesi anossigenica, "Shih ha detto. "Abbiamo esaminato i genomi di diversi Chloroflexi e utilizzato la filogenetica per dimostrare che questo gruppo non avrebbe potuto essere uno degli inventori originali della fotosintesi".

Utilizzando una combinazione di genomica comparativa e analisi dell'orologio molecolare, i ricercatori hanno determinato che i membri fototrofi del phylum Chloroflexi si sono evoluti troppo di recente per essere stati i progenitori della fotosintesi ossigenata, un processo che si è evoluto circa 2,3 miliardi di anni fa. In contrasto, si è riscontrato che Chloroflexi non ha affatto preceduto il processo, essendosi evoluto circa 867 milioni di anni fa.

"Abbiamo usato metodi filogenetici per stimare quando si sono verificati eventi evolutivi, analisi specifiche dell'orologio molecolare. Gli orologi molecolari sono un modo per osservare il tasso di evoluzione molecolare delle proteine, che quindi può consentirci di fare stime su quando si sono verificati eventi specifici, " Shih ha spiegato. "Abbiamo usato questo metodo per capire quando i membri fototrofi del phylum Chloroflexi si sono evoluti. I cloroflexi sono stati tradizionalmente considerati uno dei più antichi lignaggi fototrofi che conosciamo. Però, la nostra analisi dell'orologio molecolare rivela che questo gruppo è in realtà molto più giovane di quanto suggerito in precedenza".

Questo studio è semplicemente il punto di partenza per determinare l'età e il ruolo di importanti metabolici microbici e identificare gli inventori originali della fototrofia.

"Abbiamo dimostrato che possiamo rivisitare alcune vecchie domande che esistono da decenni con nuovi strumenti genomici e filogenetici, " Shih ha aggiunto. "Questo studio affronta la comprensione dell'origine della fotosintesi e mette in evidenza quanto poco sappiamo della storia del principale metabolismo che guida il nostro pianeta".