Na tom, že za Velkou oxidační událostí stojí sinice, tedy bakterie schopné pohlcovat sluneční svit a produkovat kyslík jako vedlejší produkt svého metabolismu, se vědci shodují již delší dobu. Ale kdy k tomu došlo a jak se u sinic schopnost fotosyntézy rozvinula? A jak dlouho potom trvalo, než tyto bakterie "vyrobily" dost kyslíku na to, aby se na Zemi mohl začít rozvíjet život? Zajímavé odpovědi na tyto otázky poskytla vědcům nová technika pro genovou analýzu, rozebraná v odborné studii, kterou publikoval titul Proceedings of the Royal Society B (Zápisy britské Královské společnosti).

Podle této studie se zdá, že bakteriím trvala výroba dostatečného množství kyslíku pro rozvoj života až 400 milionů let. Jinými slovy, organismy schopné fotosyntézy musely na Zemi existovat již dlouho před Velkou oxidační událostí. "V evoluci začíná vždycky všechno od malička," vysvětluje pro server Science Alert geobiolog Greg Fournier z Massachusettského technologického institutu. "Ačkoli existují důkazy o rané kyslíkové fotosyntéze - což byla opravdu nejdůležitější a úžasná pozemská evoluční inovace - trvalo stovky milionů let, než se rozběhla."

Pomalu, anebo bleskem? Odpoví geny

V současnosti existují na téma vývoje fotosyntézy v sinicích dvě vzájemně si konkurující teorie. Podle jedné se tento přirozený proces přeměny slunečního svitu na energii objevil v evoluční historii Země poměrně záhy po jejím vzniku, ale postupoval velmi pomalou fúzí.

Podle druhé se fotosyntéza vyvinula naopak mnohem později, ale za to pak "vzlétla jako blesk" a přeměnila životní prostředí na Zemi téměř raketovým tempem. Vědci se přitom neshodují zejména na tom, jak rychle mohl vývoj bakterií probíhat, a dále na interpretaci různých fosilních záznamů.

Fournier se nyní pokusil spolu se svými kolegy vstoupit do této vědecké diskuse novou formou analýzy, přičemž se zaměřil na bakteriální geny. Ve vzácných případech může totiž bakterie zdědit své geny ne po rodičích, ale po jiné vzdáleně příbuzném druhu. K tomu může dojít, když jedna buňka "sežere" druhou a začlení její genovou výbavu do svého genomu.

Vědci mohou pomocí těchto informací zjistit relativní stáří různých bakteriálních skupin; ty, které své geny "ukradly", je totiž musely "štípnout" druhu, který existoval současně s nimi.

Tyto vztahy pak lze porovnat s konkrétnějšími pokusy o datování, jako je třeba model molekulárních hodin, tedy evoluční model pro vyhodnocení příbuznosti organismů, který využívá organické genetické sekvence, aby s jejich pomocí sledoval historii genetických změn.

Fotosyntéza? Někdy před 3,4 miliardy až 2,9 miliardy let

Za tímto účelem vědci pročesali genomy tisíců bakteriálních druhů, včetně sinic, a hledali případy horizontálního přenosu genů.

Celkem identifikovali 34 jasných příkladů. Při porovnávání těchto příkladů se šesti modely molekulárních hodin autoři shledali, že jeden z nich vyhovuje nejkonzistentněji. Tým se následně pokusil odhadnout, jak staré tyto fotosyntetizující bakterie skutečně jsou.

Podle jeho zjištění mají všechny dnes existující druhy sinic společného předka, který se vyskytoval na Zemi asi před 2,9 miliardy let. Přičemž jeho předkové se od nefotosyntetických bakterií odštěpily zhruba před 3,4 miliardy let. Fotosyntéza se tedy vyvinula pravděpodobně někdy mezi těmito dvěma daty.

Podle evolučního modelu preferovaného týmem začaly sinice zřejmě provádět fotosyntézu nejméně 360 milionů let před Velkou oxidační události. Pokud má Fournierův tým v tomto bodě pravdu, pak jeho závěr podporuje hypotézu "pomalé fúze".

"Tato nová studie vrhá zásadně nové světlo na historii okysličování Země tím, že novými způsoby propojuje fosilní záznamy s genomickými daty, včetně horizontálních genových přenosů," sdělil Science Alert biogeochemik Timothy Lyons z Kalifornské univerzity v Riverside.

"Její výsledky hovoří o počátcích biologické produkce kyslíku a o jeho ekologickém významu způsobem, který zásadně vymezuje pole pro vzorce nejranějšího okysličování oceánů a pozdější akumulace kyslíku v atmosféře i pro jejich ověřování," dodal.

Autoři doufají, že v budoucnu budou moci využít podobné techniky genové analýzy k analýze také jiných organismů než sinic.