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.

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

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.