Μια νέα έρευνα από το Massachusetts Institute of Technology (MIT) αποκαλύπτει ότι η ζωή στη Γη μπορεί να είχε μάθει να αναπνέει οξυγόνο πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε, εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από το Μεγάλο Οξειδωτικό Γεγονός (Great Oxidation Event – GOE), που σηματοδότησε την μαζική αύξηση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα πριν από περίπου 2,3 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, εστιάζει στην εξελικτική προέλευση ενός κρίσιμου ενζύμου (heme-copper oxygen reductase) που επιτρέπει στους οργανισμούς να χρησιμοποιούν οξυγόνο για αερόβια αναπνοή – το ίδιο ένζυμο που υπάρχει σήμερα στα περισσότερα αερόβια πλάσματα.
Οι ερευνητές, με επικεφαλής τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Fatima Husain και τον καθηγητή γεωβιολογίας Gregory Fournier από το Τμήμα Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητικών Επιστημών (EAPS) του MIT, ανέλυσαν αλληλουχίες του ενζύμου από χιλιάδες σύγχρονους οργανισμούς και τις τοποθέτησαν σε εξελικτικό δέντρο ζωής. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το ένζυμο εμφανίστηκε κατά την Μεσοαρχαϊκή περίοδο (Mesoarchean, 3,2–2,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν), δηλαδή πολύ πριν από το GOE.
Γιατί καθυστέρησε τόσο η συσσώρευση οξυγόνου;
Οι κυανοβακτήρια (cyanobacteria), οι πρώτοι γνωστοί παραγωγοί οξυγόνου μέσω φωτοσύνθεσης, εμφανίστηκαν γύρω στα 2,9 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και παρήγαγαν οξυγόνο για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, το οξυγόνο δεν συσσωρεύτηκε στην ατμόσφαιρα μέχρι το GOE. Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι χημικές αντιδράσεις με βράχους (οξειδωση σιδήρου κ.ά.) απορροφούσαν μεγάλο μέρος του. Η νέα μελέτη προσθέτει έναν βιολογικό παράγοντα: μικροοργανισμοί που ζούσαν κοντά στα κυανοβακτήρια εξελίχθηκαν γρήγορα να χρησιμοποιούν το οξυγόνο που παρήγετο τοπικά, «καταναλώνοντάς» το πριν διαχυθεί ευρέως.
«Αυτό αλλάζει δραματικά την ιστορία της αερόβιας αναπνοής», δήλωσε η Fatima Husain. «Η μελέτη μας ενισχύει την αναδυόμενη άποψη ότι η ζωή χρησιμοποιούσε οξυγόνο πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε. Δείχνει πόσο καινοτόμα ήταν η ζωή σε όλες τις περιόδους της ιστορίας της Γης».
Σημασία για την εξέλιξη της ζωής
Η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι η αερόβια αναπνοή – μια από τις πιο σημαντικές εξελικτικές καινοτομίες – ξεκίνησε σε μικροπεριβάλλοντα (π.χ. κοντά σε αποικίες κυανοβακτηρίων) εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν γίνει παγκόσμιο φαινόμενο. Αυτό εξηγεί γιατί η ατμόσφαιρα παρέμεινε αναερόβια τόσο καιρό, ενώ η ζωή προσαρμοζόταν ήδη στο οξυγόνο.
Η έρευνα συνδυάζει γενετική ανάλυση, φυλογενετική ανακατασκευή και γεωλογικά δεδομένα, προσφέροντας μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της πρώιμης εξέλιξης. Οι συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν τους Haitao Shang και Stilianos Louca από το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον.
Η μελέτη ενισχύει την κατανόησή μας για το πώς η Γη μετατράπηκε από έναν «αναερόβιο» πλανήτη σε αυτόν που φιλοξενεί σύνθετη ζωή – και πόσο γρήγορα και δημιουργικά προσαρμόστηκε η ζωή σε νέες συνθήκες.
Πηγή: MIT News / EAPS MIT