Жизнь научилась дышать кислородом за сотни миллионов лет до его появления в атмосфере

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) представили исследование, кардинально меняющее представления о времени появления на Земле организмов, способных дышать кислородом. Согласно общепринятой научной точке зрения, кислород стал постоянным компонентом атмосферы лишь около 2,3 миллиарда лет назад в период Великое окисление, что и определило эволюцию жизни в знакомом нам виде. Однако новое исследование позволяет предположить, что некоторые ранние формы жизни развили способность к аэробному дыханию за сотни миллионов лет до этого ключевого события.

Работа, опубликованная в журнале "Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology", посвящена эволюционным истокам ключевого фермента, позволяющего организмам использовать кислород, — гем-медь-содержащей оксидоредуктазы. Этот фермент содержится в подавляющем большинстве современных аэробных организмов, от бактерий до человека. Команда геобиологов из MIT, проанализировав генетические последовательности фермента у тысяч современных видов и сопоставив их с эволюционным древом жизни, пришла к выводу, что данный фермент впервые появился в Мезоархее — геологическом периоде от 3,2 до 2,8 миллиарда лет назад. Это означает, что способность к аэробному дыханию могла возникнуть за несколько сотен миллионов лет до насыщения атмосферы кислородом.

Это открытие предлагает возможное решение давней загадки в истории Земли: почему между появлением первых кислород-продуцирующих цианобактерий около 2,9 миллиарда лет назад и глобальным накоплением кислорода в атмосфере прошло так много времени? Ученые ранее предполагали, что ранний кислород связывался в результате геохимических реакций с горными породами. Новые данные указывают на то, что значительную роль мог сыграть и биологический фактор. Эволюция фермента для использования кислорода позволила некоторым организмам, обитавшим вблизи цианобактерий, потреблять производимый теми кислород, тем самым задерживая его выход в атмосферу на сотни миллионов лет.

Как отмечает соавтор исследования, постдок Фатима Хусаин, эта работа добавляет детали в недавно формирующуюся картину, согласно которой жизнь научилась использовать кислород гораздо раньше, чем считалось. Она демонстрирует невероятную изобретательность жизни на всех этапах земной истории. Исследование позволяет по-новому взглянуть на историю аэробного дыхания и заполняет важные пробелы в понимании того, как происходила оксигенация планеты и как жизнь адаптировалась к новой, насыщенной кислородом среде.