Život na našej planéte je úzko spojený s prítomnosťou kyslíka. Nie nadarmo ho astrobiológovia po celom svete považujú za jednu z najvýznamnejších biosignatúr.

Odkiaľ sa vzal kyslík?

To, že kyslík je teraz v podstate synonymom života, ešte neznamená, že tomu bolo tak vždy. V dávnej minulosti sa totiž život na našej planéte výrazne líšil od toho súčasného. Na tému upozornil portál ScienceAlert.

Veľké okysličovanie planéty sa začalo až po nástupe zložitejších baktérií, ktoré boli schopné produkovať kyslík prostredníctvom fotosyntézy. Je tu však jeden háčik. Vedci sa akosi nevedia zhodnúť na tom, ako  a kedy presne k celej tejto udalosti došlo.

NEON/Wikimedia

Ako píše portál UniverseToday, podľa akceptovaných teórií prešla Zem zhruba pred 2,4 miliardami rokov jednou z najdramatickejších zmien vo svojej histórii.

V tomto období modrozelené baktérie známe ako kyanobaktérie alebo sinice, prostredníctvom fotosyntézy dokázali vyprodukovať veľké množstvo kyslíka. Tento dej je dnes známy pod názvom Veľká oxidačná udalosť.

Geologické, izotopické i chemické analýzy naznačujú, že biologicky produkovaný molekulárny kyslík sa začal hromadiť v zemskej atmosfére a zmenil ju z atmosféry prakticky neobsahujúcej žiadny kyslík, na atmosféru s dostatkom kyslíka pre vznik zložitého života.

Na jednej strane bola Veľká oxidačná udalosť príčinou masového vyhynutia niektorých raných anaeróbnych druhov života, na tej druhej podmienila vznik iných foriem života.

Príčinou týchto globálnych a drastických zmien sú už vyššie spomínané miniatúrne baktérie známe ako sinice, takže ich podrobným študovaním by sme sa mohli dostať bližšie k pochopeniu Veľkej oxidačnej udalosti a prudkému nárastu kyslíka v atmosfére.

Pixabay

Niečo tu nesedí

Problém s Veľkou oxidačnou udalosťou je v jej načasovaní. U kyanobaktérií sa totiž schopnosť fotosyntézy vyvinula pred približne 3,4 až 2,9 miliardármi rokov, teda najmenej 500 miliónov rokov predtým, ako došlo k Veľkej oxidačnej udalosti.

Kam sa teda podel všetok kyslík a prečo začal pretrvávať v zemskej atmosfére až o toľko rokov neskôr?

freepik

Touto otázkou sa zaoberali aj odborníci z MIT, ktorí svoje zistenia publikovali v periodiku Proceedings of the Royal Society B.

V súčasnosti existujú dve navzájom odlišné vysvetlenia vývoja fotosyntézy v týchto baktériách.

Podľa prvého scenára prišla fotosyntéza na evolučnú scénu relatívne v skorom období a postupovala len veľmi pomaly. Iní veria, že sa vyvinula neskôr, ale za to sa veľmi rýchlo rozšírila.

Keďže poznáme viacero spôsobov, ako „nahliadnuť“ do dávnej minulosti, väčšina týchto rozporov úzko súvisí s rýchlosťou vývoja baktérií a rôznych interpretácií fosílnych záznamov. Vedci preto vyvinuli úplne novú formu analýzy, ktorá im pomohla túto oxidačnú udalosť lepšie prebádať.

Techniku použili na analýzu génov siníc, pričom sa zamerali na tzv. horizontálny prenos génov. K nemu dochádza vtedy, keď baktéria nezdedí gény po svojich priamych predkoch, „rodičoch“, ale po inom vzdialenom príbuznom druhu. To sa zvyčajne stane, keď jedna nenásytná bunka „zhltne“ inú a do svojho genómu zabuduje jej gény, píše portál ScienceAlert.

Tieto informácie je možné použiť na zistenie veku rôznych bakteriálnych skupín, pretože druhy, ktoré gén získali, sú vždy mladšie ako druhy, z ktorých gén pochádza.

Vedci týmto spôsobom preskúmali tisícky druhov baktérií, pričom objavili najmenej 34 prípadov horizontálneho prenosu génov. Prípady potom porovnali s modelmi založenými na tzv. molekulárnych hodinách, ktoré využívajú genetické sekvencie organizmov na sledovanie histórie genetických zmien, píše portál ScienceAlert.

Takýmto spôsobom vedci vytvorili zrejme najpresnejší model, respektíve odhad pôvodu siníc, ktoré v súčasnosti žijú na našej planéte.

NASA

Ukázalo sa, že všetky žijúce sinice majú spoločného predka starého 2,9 miliardy rokov, ale taktiež to, že tento predok sa oddelil od iných baktérií pred zhruba 3,4 miliardami rokov. Takže môžeme povedať, že fotosyntéza sa u baktérií musela vyvinúť niekde v tomto období.

V závere autori štúdie naznačujú, že sinice pravdepodobne produkovali kyslík pomocou fotosyntézy už najmenej 360 miliónov rokov pred Veľkou oxidačnou udalosťou, čím podporili hypotézu pomalého rozvoja.

Tím odborníkov sa tiež domnieva, že tesne pred Veľkou oxidačnou udalosťou došlo k prudkej diverzifikácii druhov kyanobaktérií, kedy sinice zažili svoj populačný „boom“, čo by mohlo vysvetliť medzeru medzi nadobudnutím schopnosti fotosyntézy a nárastom kyslíku v atmosfére.