奇异的细菌暗示着光合作用的古老起源

huweneang

叶子在阳光下（储蓄图象）。

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稀有细菌内部的结构类似于当今植物光合作用的结构，这表明该过程比假设的要早。

这一发现可能意味着光合作用的发展需要重新思考，将传统观念转变为头脑。

光合作用是利用太阳能通过化学反应产生糖的能力。今天，植物，藻类和一些细菌进行“含氧”光合作用，将水分解为氧气和氢气，为过程提供动力，释放氧气作为废物。

一些细菌代替进行“无氧”光合作用，这种光合作用使用除水以外的分子来驱动该过程并且不释放氧气。

科学家们一直认为，无氧光合作用更“原始”，而氧气的光合作用也是从它发展而来的。在这种观点下，大约35亿年前出现了无氧光合作用，并且在10亿年后发生了含氧光合作用。

然而，通过分析古代细菌内部的结构，伦敦帝国理工学院的研究人员提出，在人们普遍认为的十年前，氧气光合作用的关键步骤可能已经存在。

这项新研究发表在“ 植物科学趋势 ”杂志上。

该研究的主要作者，帝国生命科学系的Tanai Cardona博士说：“我们开始看到关于光合作用演变的既定故事并未得到我们获得的关于结构的真实数据的支持。和早期细菌光合作用系统的功能。“

他们研究的细菌Heliobacterium modesticaldum位于温泉，土壤和浸水的田地周围，在那里进行无氧光合作用。它与蓝细菌非常相关，蓝藻是今天进行含氧光合作用的主要细菌。

这是如此遥远的关联，以至于数十亿年前它与蓝藻有一个“共同的祖先”。这意味着两种细菌所共有的任何特性也可能存在于引起它们两者的古老细菌中。

通过分析H. modesticaldum和现代蓝藻用于进行不同类型光合作用的结构，Cardona博士发现了惊人的相似之处。

两种结构都含有蓝藻和植物专门用于分解水的位点 - 这是含氧光合作用的第一个关键步骤。

蓝藻的进化通常也被假定为氧光合作用的首次出现，但H. modesticaldum含有相似位点的事实意味着含氧光合作用的构建块可能比想象的要古老得多，与光合作用本身一样古老，因此可能在地球历史上更早出现。

卡多纳博士还表示，这可能意味着含氧光合作用不是无氧光合作用十亿年演化的产物，但如果不是第一次，可能是一种进化得更快的特性。

卡多纳博士说：“这个结果有助于详细解释为什么负责光合作用和氧气生成的系统是今天的方式 - 但是要理解它需要改变视角来观察光合作用的演变。

“在传统观点下 - 无氧光合作用首先进化，并且是氧气光合作用进化前约10亿年或更长时间内唯一的类型 - 这些结构在这类细菌中根本不存在。”

这项工作由Leverhulme Trust和生物技术与生物科学研究委员会资助。

（来源：伦敦帝国学院）

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