Велика киснева катастрофа (GOE), що сталася близько 2,4 мільярда років тому, створила кисневу атмосферу, необхідну для життя багатьох організмів.
Цікаво, що деякі штами бактерій випередили інших у здатності використовувати цей елемент для дихання.
Міжнародна група дослідників, використовуючи комбінацію даних про бактеріальні геноми, геологічні маркери та алгоритми машинного навчання, досліджувала найдавніші аеробні (киснедихаючі) бактерії.
Більшість штамів пристосувалися до використання кисню після GOE, але вчені виявили деякі винятки – певні бактерії були аеробними приблизно за 900 мільйонів років до різкого зростання рівня кисню в атмосфері Землі.
Серед 1007 видів споріднених бактерій дослідники виявили понад 80 генетичних переходів від метаболізму, що не використовував кисень, до аеробного дихання. Розрахунки, засновані на швидкості мутацій, свідчать, що щонайменше кілька з цих переходів відбулися ще до значного підвищення рівня кисню в атмосфері.
“Щонайменше три такі переходи сталися до [GOE], що свідчить про те, що аеробне дихання еволюціонувало ще до широкомасштабного насичення атмосфери киснем і могло сприяти розвитку оксигенного фотосинтезу у ціанобактерій”, – пишуть дослідники в опублікованій роботі.
Іншими словами, ці ранні киснедихаючі мікроорганізми могли закласти основу для своїх нащадків, які почали використовувати воду і вуглекислий газ для фотосинтезу, що зрештою призвело до Великої кисневої катастрофи.
Цим мікробам ми багато чим завдячуємо. Коли рівень кисню зростав, бактерії, які вже використовували цей елемент, мали перевагу – вони могли швидше адаптуватися та диверсифікуватися порівняно з анаеробними організмами. Це змінило правила еволюційної гри та проклало шлях до сучасного біорізноманіття.
Дослідники використовували припущення про те, що гени сучасних бактерій можуть бути пов’язані з генами давніх мікроорганізмів і виконувати аналогічні функції з переробки кисню. Однак вони впевнені, що залучили достатню кількість бактеріальних видів та інших доказів для підтвердження цієї гіпотези.
“Це дозволило нам зіставити еволюцію бактерій із процесом насичення біосфери киснем, що значно доповнює обмежений викопний літопис раннього життя та відкриває нові можливості для дослідження еволюції у глибокому минулому”, – зазначають вчені.
Окрім підтвердження того, що аеробні бактерії з’явилися значно раніше, ніж вважалося, ці результати також свідчать, що розвиток ціанобактерій був відносно повільним і тривав задовго до Великої кисневої катастрофи.
Науковці сподіваються, що їхній метод поєднання різних інструментів для заповнення прогалин у знаннях допоможе також у дослідженні інших еволюційних процесів у найдавніших організмах Землі.
“Розроблений нами підхід створює основу для встановлення зв’язків між мікробними характеристиками та геохімічною історією Землі, відкриваючи шлях до подальшого вивчення розвитку інших фенотипів у контексті історії нашої планети”, – зазначають дослідники.
Дослідження опубліковане в журналі Science.
