Предложен новый возможный сценарий Великой кислородной революции

Одной из причин повышения содержания кислорода в атмосфере Земли 2,3–2,4 млрд. лет назад считается формирование отложений органики. Однако высокий уровень кислорода должен препятствовать этому процессу. Ученые из США предположили, что дело в организмах, производящих частично окисленную органику, и подтвердили свое предположение, проанализировав геномы современных бактерий.

Credit:
cookelma | 123rf.com

По современным оценкам, повышение уровня кислорода в атмосфере Земли произошло примерно 2,3–2,4 млрд. лет назад во время так называемой Великой кислородной революции благодаря активности микроорганизмов, способных к оксигенному фотосинтезу. Повышение уровня кислорода в земной атмосфере привело к появлению организмов с аэробным метаболизмом, при котором кислород выступает в качестве конечного акцептора электронов при окислении органических веществ. Предполагается, что Великая кислородная революция стала возможна благодаря окислению земной коры или мантии, вследствие чего поглощение кислорода минеральными породами сократилось. Кроме того, формирование отложений из органического материала могло способствовать дальнейшей продукции кислорода.

Ученые из Массачусетского технологического института предположили, что появление аэробного метаболизма способствовало Великой кислородной революции по механизму положительной обратной связи. Кажущуюся противоречивость этого заключения они объяснили тем, что в местообитаниях с невысоким уровнем кислорода аэробные организмы разлагали органику не полностью с образованием частично окисленных органических соединений. Свою гипотезу исследователи изложили в новой статье, опубликованной в Nature Communications.

При частичном окислении в органических молекулах появляются функциональные кислородсодержащие группы. Такие молекулы связываются с осадочными породами и становятся недоступными для дальнейшего окисления. Именно это может способствовать увеличению концентрации O2.

Успех гипотезы зависел от того, существовали ли организмы, способные к частичному окислению органики, во время оксигенации Земли. Авторы работы сфокусировались на одном из ферментов, благодаря которому могла появиться частично окисленная органика, — монооксигеназе Байера-Виллигера (Baeyer–Villiger monooxygenase, BVMO). Предыдущие исследования показали, что BVMO могли существовать до Великой кислородной революции. Ученые восстановили эволюцию BVMO у бактерии SAR202, которая относится к филуму Chloroflexi. Она встречается в разнообразных средах и, в частности, составляет значительную часть микробного сообщества глубоких слоев океана.

Анализ филогенетических деревьев, составленных из 298 таксонов и 330 белковых последовательностей BMVO, которые кодируются этими таксонами, показал, что SAR202 и родственные ей организмы получили фермент на заре Великой кислородной революции за счет горизонтального переноса генов. В течение протерозоя (2,50–0,54 млрд. лет назад) и фанерозоя (0,54 млрд. лет назад — настоящее время) происходила дальнейшая диверсификация ферментов семейства BVMO. Это означает, что предложенный исследователями новый сценарий развития Великой кислородной революции мог иметь место в действительности.

Источник

Shang, H., Rothman, D.H. & Fournier, G.P. Oxidative metabolisms catalyzed Earth’s oxygenation. // Nature Communications, 13, 1328, 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-28996-0

Добавить в избранное

Вам будет интересно