Naukowcy z University of Liège (ULiège) odkryli w formacji McDermott na pustyni w północnej Australii maleńkie struktury zwane tylakoidami sprzed 1,75 miliarda lat. Struktury te występują w komórkach organizmów fotosyntetyzujących i zawierają pigment chlorofil, odpowiedzialny za absorpcję światła.
Czytaj też: Tak rośliny wabią owady. Wreszcie mamy dowody
To oznacza, że mikroskamieniałości stanowią najstarszy bezpośredni dowód fotosyntezy, wyznaczając nowy minimalny wiek pojawienia się sinic zawierających tylakoidy. Odkrycie to cofa zapis kopalny fotosyntezy o 1,2 mld lat i dostarcza nowych informacji na temat organizmów, które odegrały kluczową rolę w akumulacji tlenu na młodej Ziemi. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature.
Jak stara jest fotosynteza? Bez niej nas by tu nie było
Tylakoidy to pęcherzykowate struktury, które u większości roślin w chloroplastach tworzą tzw. grana, czyli stosy spłaszczonych tylakoidów oraz integrana, które są pęcherzykami łączącymi grana. W błonach tylakoidów zachodzi faza jasna fotosyntezy, a w stromie (płynie wypełniającym chloroplasty) cykl Calvina.
Czytaj też: Rośliny “krzyczą”, gdy je przycinasz. Nie uwierzysz, jak głośno
Zgodnie z obowiązującym stanem wiedzy, tylakoidy najpierw wykształciły się u sinic, które w procesie ewolucji zostały zaadaptowane przez bardziej złożone organizmy. Szczegółowa analiza skamieniałości z formacji McDermott mogłaby pomóc wskazać moment, w którym struktury fotosyntetyzujące zostały pochłonięte i wykorzystane przez najwcześniejsze formy złożonych komórek glonów. To pozwoliłoby odpowiedzieć na jedno z podstawowych pytań biologii: kiedy pojawiła się fotosynteza?
Fotosynteza, która wykorzystuje światło słoneczne do przekształcania wody i dwutlenku węgla w glukozę i tlen, stanowi podstawę przetrwania prawie wszystkich istot żywych. To dlatego, że organizmy fotosyntetyzujące stanowią podstawę większości istniejących łańcuchów pokarmowych, a ich procesy metaboliczne wypełniają atmosferę tlenem, którego tak bardzo potrzebujemy.
Wiemy, że na młodej Ziemi w atmosferze i oceanach nie było dużo tlenu swobodnie unoszącego się w powietrzu. Ale różne dowody geochemiczne wskazują, że poziom tlenu nagle gwałtownie wzrósł ok. 2,4 mld lat temu w wyniku tzw. Wielkiego Zdarzenia Oksydacyjnego (GOE). Nie jest jasne, co było tego przyczyną, ale jedną z możliwości jest pojawienie się organizmów fotosyntetyzujących. Chronologia początków fotosyntezy i rodzaj zaangażowanych w nią sinic (protosinic) pozostają przedmiotem dyskusji, a odkrycie badaczy z ULiège oferuje nowe podejście do wyjaśnienia tych kwestii.
Prof. Emmanuelle Javaux z ULiège mówi:
Najstarsze znane tylakoidy kopalne datowane są na ok. 550 mln lat. Te, które zidentyfikowaliśmy, wydłużają zatem zapis kopalny o 1,2 miliarda lat. Odkrycie zakonserwowanych tylakoidów u N. majensis dostarcza bezpośrednich dowodów na minimalny wiek około 1,75 mld lat dla rozbieżności między sinicami z tylakoidami i tymi bez tylakoidów.
Naukowcy z ULiège wykorzystali różne techniki mikroskopii o wysokiej rozdzielczości do badania zewnętrznych i wewnętrznych struktur mikroskamieniałości gatunku Navifusa majensis, uważanego za sinice. W ciałach organizmów jednokomórkowych z dwóch złóż kopalnych odkryto błony tylakoidów. Skamieniałości te pochodzą z formacji Grassy Bay w Kanadzie i datowane są na 1,01 mld lat temu; oraz formacji McDermotta i sięgają 1,75 mld lat temu.
Czytaj też: Jakie jest najstarsze drzewo na świecie? Kandydatów do zwycięstwa jest kilku
Podobne analizy ultrastrukturalne dobrze zachowanych mikroskamieniałości mogą poszerzyć zapis geologiczny fotosyntetyzatorów tlenowych oraz wczesnych, słabo natlenionych ekosystemów, w których rozwinęły się złożone komórki.