奇異的細菌暗示著光合作用的古老起源

葉子在陽光下（儲蓄圖象）。

圖片來源：?Korn V. / Adobe Stock

稀有細菌內部的結構類似於當今植物光合作用的結構，這表明該過程比假設的要早。

這一發現可能意味著光合作用的發展需要重新思考，將傳統觀念轉變為頭腦。

光合作用是利用太陽能通過化學反應產生糖的能力。今天，植物，藻類和一些細菌進行「含氧」光合作用，將水分解為氧氣和氫氣，為過程提供動力，釋放氧氣作為廢物。

一些細菌代替進行「無氧」光合作用，這種光合作用使用除水以外的分子來驅動該過程並且不釋放氧氣。

科學家們一直認為，無氧光合作用更「原始」，而氧氣的光合作用也是從它發展而來的。在這種觀點下，大約35億年前出現了無氧光合作用，並且在10億年後發生了含氧光合作用。

然而，通過分析古代細菌內部的結構，倫敦帝國理工學院的研究人員提出，在人們普遍認為的十年前，氧氣光合作用的關鍵步驟可能已經存在。

這項新研究發表在「 植物科學趨勢 」雜誌上。

該研究的主要作者，帝國生命科學系的Tanai Cardona博士說：「我們開始看到關於光合作用演變的既定故事並未得到我們獲得的關於結構的真實數據的支持。和早期細菌光合作用系統的功能。「

他們研究的細菌Heliobacterium modesticaldum位於溫泉，土壤和浸水的田地周圍，在那裡進行無氧光合作用。它與藍細菌非常相關，藍藻是今天進行含氧光合作用的主要細菌。

這是如此遙遠的關聯，以至於數十億年前它與藍藻有一個「共同的祖先」。這意味著兩種細菌所共有的任何特性也可能存在於引起它們兩者的古老細菌中。

通過分析H. modesticaldum和現代藍藻用於進行不同類型光合作用的結構，Cardona博士發現了驚人的相似之處。

兩種結構都含有藍藻和植物專門用於分解水的位點 - 這是含氧光合作用的第一個關鍵步驟。

藍藻的進化通常也被假定為氧光合作用的首次出現，但H. modesticaldum含有相似位點的事實意味著含氧光合作用的構建塊可能比想像的要古老得多，與光合作用本身一樣古老，因此可能在地球歷史上更早出現。

卡多納博士還表示，這可能意味著含氧光合作用不是無氧光合作用十億年演化的產物，但如果不是第一次，可能是一種進化得更快的特性。

卡多納博士說：「這個結果有助於詳細解釋為什麼負責光合作用和氧氣生成的系統是今天的方式 - 但是要理解它需要改變視角來觀察光合作用的演變。

「在傳統觀點下 - 無氧光合作用首先進化，並且是氧氣光合作用進化前約10億年或更長時間內唯一的類型 - 這些結構在這類細菌中根本不存在。」

這項工作由Leverhulme Trust和生物技術與生物科學研究委員會資助。

（來源：倫敦帝國學院）

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