PNAS: найдена молекула, связанная с эволюцией дыхания и фотосинтеза

В эволюционной биологии есть вопрос, который можно сравнить с известной дилеммой о курице и яйце: какая способность возникла раньше — использовать кислород для дыхания или выделять его в процессе фотосинтеза? Недавно исследователи обнаружили молекулу, которая может стать ключом к ответу на этот давний вопрос. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ученые случайно наткнулись на неожиданную находку во время изучения бактерий, участвующих в азотном цикле. В одной из них, Nitrospirota, исследователь Феликс Эллинг обнаружил молекулу, больше напоминающую те, что используются растениями в процессе фотосинтеза.

Речь идет о метил-пластохиноне — разновидности хинонов, универсальных соединений, участвующих в энергетическом обмене всех живых организмов. Ранее считалось, что хиноны бывают либо анаэробными (не требующими кислорода), либо аэробными, которые подразделяются на "растительные" и "животные". Новая молекула оказалась промежуточным звеном между ними.

Это открытие меняет представление о Кислородной катастрофе — периоде 2,3–2,4 миллиарда лет назад, когда цианобактерии начали массово производить кислород. До сих пор считалось, что фотосинтез появился раньше аэробного дыхания. Однако новый факт намекает, что некоторые бактерии могли утилизировать кислород ещё до того, как его массово начали производить цианобактерии.

"Это как курица и яйцо, появившиеся одновременно", — отметил Эллинг.

По словам профессора Энн Пирсон, соавтора исследования, способность безопасно использовать кислород стала важнейшим эволюционным шагом, обеспечившим развитие сложных форм жизни. Следы этого процесса сохранились даже в нашем организме — различия в структуре хинонов можно найти в митохондриях человека и в фотосинтезирующих системах растений.

"Мы обнаружили молекулярное ископаемое, которое сохранилось спустя более двух миллиардов лет", — добавил Эллинг.