Původ fotosyntézy může být starší, než jsme mysleli

- Příroda autor: Ladislav Loukota

Fotosyntéza je proces, na kterém je závislý náš život. Chemická reakce, při níž rostliny využívají vody, oxidu uhličitého a slunečního svitu k výrobě živin, a přitom mimoděk jako odpadní produkt vytvářejí i kyslík, nepřestává fascinovat. Teď badatelé studiem vzácné bakterie nejspíš zjistili víc o tom, jak se bakterie fotosyntéze "naučily" a dospěli k tomu, že fotosyntéza je patrně starší, než jsme tušili.

Ilustrace struktury chloroplastu, mikroskopického útvaru uvnitř buňky, který je zodpovědný za fotosyntézu

Ilustrace struktury chloroplastu, mikroskopického útvaru uvnitř buňky, který je zodpovědný za fotosyntézu,zdroj: Profimedia.cz

Když se na Zemi před nejméně 3,5 miliardami let zrodil život, kyslík byl pro něj jedovatý. Trvalo víc než další miliardu let, než život využívající kyslík získal dominanci - až do Velké kyslíkové katastrofy. Tehdy sinice kyslíkem zaplnily ekosystém a vyhubily 95 procent do té doby převažující formy anaerobního života. 

Z pohledu evoluční teorie to však zřejmě byla nezbytná oběť. Kyslík sice není bez vlastních problémů, jenom on však dovolit vznik stále komplexnějších, mnohobuněčných forem života - třeba lidí.

Jak přesně vznikla fotosyntéza, proces nezbytný pro dominanci aerobního života, však stále přesně nevíme.

Tým doktora Tanaie Cardona z Královské univerzity v Londýně (Imperial College London) nyní objevil možné další stopy toho, jak fotosyntéza vznikla. Dokázal to studiem její méně známé variace, takzvané anoxygenní fotosyntézy, u vzácného druhu bakterií. 

Když se řekne fotosyntéza, míníme tím většinou fotosyntézu oxygenní, ke které je třeba voda, a při níž vzniká kyslík. Existuje i fotosyntéza anoxygenní, která se obejde bez vody ani neprodukuje kyslík. Obecně se předpokládalo, že jako první se vyvinula právě nekyslíková fotosyntéza, a stalo se tak možná už těsně po zrodu života před 3,5 miliardami let.

profimedia-0400413177fotosyntéza2

Laborant z NASA provádí pokus s fotosyntézou, která by mohla dodávat elektrickou energii ve vesmíru,zdroj:Profimedia.cz

Teprve další vývoj pak měl za následek vznik oxygenní fotosyntézy. Nový objev však tento předpoklad popírá - je možné, že kyslíkatá fotosyntéza vznikla paralelně či dokonce i dříve vůči svému konkurentovi.

Dříve, než jsme čekali

Cadronův tým si posvítil na extremofilní bakterie Heliobacterium modesticaldum, které se vyskytují v horkých pramenech - čili v podmínkách podobných těm na pravěké Zemi - a získávají energii právě anoxygenní fotosyntézou. Heliobacteriaceae je obecně příbuzná s prehistorickými cyanobakteriemi alias sinicemi, které jsou hlavním pachatelem Velké kyslíkové katastrofy. Víme tedy, že sinice zvládají velmi dobře i oxygenní fotosyntézu.

Analýza vnitřní struktury a odpovědných biochemických procesů uvnitř sinic a H. modesticaldum však naznačuje, že obě bakterie využívají k různým typům fotosyntézy podobných struktur. Co je ale ještě podstatnější, Cadronův tým v buněčné anatomii identifikoval i oblast odpovědnou za zpracování vody.

Uvážíme-li příbuznost bakterií a skutečnost, že anoxygenní fotosyntéza se bez vody objede, jde o klíčový náznak toho, že kyslíková fotosyntéza je staršího data! Možná, že společný předchůdce obou druhů vyvinul první jí - a až někteří jeho potomci se naučili fotosyntézu realizovat i bez vody a bez kyslíku.

To obrací na hlavu dosavadní předpoklad, že kyslíkatá fotosyntéza je "komplexnější" a její evoluce oproti "primitivnější" anoxygenní fotosyntéze zabrala možná až miliardu let. Prozatím jde samozřejmě jenom o jednu studii, a jedna vlaštovka jaro nedělá - její argumenty jsou však přesvědčivé.

„Začínáme vidět, že velká část zavedeného příběhu o vývoji fotosyntézy není podložena skutečnými údaji, které získáváme o struktuře a fungování prvních fotosyntetických systémů," sdělil k práci Cadron.

Bude zajímavé sledovat, jaké další úpravy v časové ose vývoje pozemského života mohou další poznatky v této oblasti ještě přinést.

Studie byla publikována v časopise Trends in Plant Science.

Tagy: příroda rostliny fotosyntéza vznik života věda a poznání