С помощью фотосинтеза растения, водоросли и цианобактерии используют энергию Солнца, чтобы получить сахар из воды и углекислого газа, выделяя при этом кислород в качестве побочного продукта. Но нескольким группам бактерий, стоявшим на первой ступени эволюции, свойственна более простая аноксигенная форма фотосинтеза, при которой не выделяется кислород, а вместо воды «топливом» служат молекулы водорода, сероводорода или железа.

Фотосинтез и сейчас поддерживает жизнь на Земле, снабжая атмосферу кислородом и обеспечивая энергией пищевые цепи. Увеличение поступления кислорода за счет фотосинтеза около 2,4 миллиарда лет назад ускорило эволюцию сложных форм жизни, таких как животные и наземные растения.

Но самый первый тип фотосинтеза, происходящий без выделения кислорода, тоже являлся частью эволюции. До сих пор науке была известна группа бактерий, дожившая до настоящего времени и использующая эту форму фотосинтеза так же, как и 3,5–3,8 миллиарда лет назад. Эти бактерии считались первыми организмами, у кого развилась способность к фотосинтезу.

Однако новое исследование показало, что есть еще более древние бактерии, способные к примитивному фотосинтезу. Вероятно, эта группа не дожила до наших дней и является предком большинства современных видов бактерий.

«Картина представляется такой, что в начальный период развития жизни на Земле почти все простейшие организмы были способны к фотосинтезу», — сказал руководитель исследования, доктор Танай Кардона из Имперского колледжа Лондона.

Ранее полагали, что одна из групп бактерий, которые и в наши дни живут за счет аноксигенного фотосинтеза, сохранила эту особенность в ходе эволюции, а затем передала ее другим группам бактерий с помощью горизонтального переноса генов — процесса, в результате которого передается весь набор генов, в данном случае тех, которые требуются для фотосинтеза.

Доктор Кардона путем сравнения последовательностей белков и реконструкции эволюционного древа белка BchF обнаружил, что все было иначе: эта группа бактерий никому ничего не передавала, поскольку аноксигенный фотосинтез возник намного раньше, еще до того как произошло разделение бактерий на самостоятельные виды.

«Чтобы выяснить происхождение аноксигенного фотосинтеза, мы проследили эволюцию белка BchF, который играет ключевую роль в биосинтезе бактериохлорофилла а — главного пигмента аноксигенного фотосинтеза. Анализ показал, что аноксигенный фотосинтез предшествовал диверсификации бактерий. Следовательно, они все должны были обладать этим свойством изначально. Последующее появление оксигенного (кислородного) фотосинтеза, вероятно, привело к исчезновению многих групп бактерий, поддерживающих свою жизнедеятельность за счет аноксигенного (бескислородного) фотосинтеза, и диверсификации оставшихся», — пояснил ученый.

Результаты исследования опубликованы в журнале PLoS ONE.