Pre drvivú väčšinu zvierat na Zemi je dýchanie synonymom života. Počas prvých dvoch miliárd rokov existencie našej planéty bol však kyslík vo vzácnom stave.

To neznamená, že Zem bola celý čas bez života, ale že život bol vzácny a veľmi odlišný od toho, čo poznáme dnes.

Až keď prišli na scénu zložitejšie baktérie schopné fotosyntézy, všetko sa začalo meniť, čo spustilo to, čo vedci nazývajú Veľká oxidačná udalosť. Kedy sa to však všetko stalo? Ako sa to všetko otriaslo?

Nová technika génovej analýzy poskytla rady pre novú časovú os. Odhaduje sa, že baktériám trvalo 400 miliónov rokov, kým pohltili slnečné svetlo a vydýchli kyslík, kým život skutočne rozkvital.

Inými slovami, na našej planéte pravdepodobne existovali organizmy schopné fotosyntézy dlho pred Veľkou oxidačnou udalosťou.

„V evolúcii veci začínajú vždy od malička,“ vysvetliť Geológ Greg Fournier z Massachusettského technologického inštitútu.

„Napriek tomu, že existujú dôkazy o včasnej kyslíkovej fotosyntéze – čo je najdôležitejšia a skutočne úžasná evolučná inovácia na Zemi – jej vzlet trval stovky miliónov rokov.“

V súčasnosti existujú dva konkurenčné účty na vysvetlenie vývoja fotosyntézy v špeciálnych baktériách známych ako cyanobaktérie. Niektorí sa domnievajú, že prirodzený proces premeny slnečného svetla na energiu sa na evolučnej scéne objavil veľmi skoro, ale vyvíjal sa „pomalou poistkou“. Iní veria, že fotosyntéza sa vyvinula neskôr, ale „bežala ako požiar“.

Väčšina kontroverzií pochádza z predpokladov o rýchlosti vývoja baktérií a rôznych interpretácií fosílnych záznamov.

Fournier a jeho kolegovia preto do zmesi pridali ďalšiu formu analýzy. V zriedkavých prípadoch môžu baktérie niekedy zdediť gény nie po svojich rodičoch, ale po iných, vzdialene príbuzných druhoch. To sa môže stať, keď iná bunka „zje“ a do svojho genómu zabuduje ďalšie gény.

Vedci môžu tieto informácie použiť na zistenie relatívneho veku rôznych bakteriálnych skupín; Napríklad tí, ktorí majú ukradnuté gény, ich museli vyladiť z druhu, ktorý bol súčasne prítomný.

Tieto vzťahy je potom možné porovnať s konkrétnejšími pokusmi o datovanie, akými sú napríklad modely molekulárnych hodín, ktoré na sledovanie histórie genetických zmien používajú genetické sekvencie organizmov.

Za týmto účelom vedci vyčesali genómy tisícov bakteriálnych druhov vrátane siníc. Hľadali prípady horizontálneho prenosu génov.

Celkovo identifikovali 34 jasných príkladov. Pri porovnaní týchto príkladov so šiestimi modelmi molekulárnych hodín autori zistili, že obzvlášť vhodný je vždy jeden. Pri výbere tejto formy zmesi vypracoval tím odhady životnosti fotosyntetických baktérií.

Výsledky naznačujú, že všetky dnes žijúce sinice majú spoločného predka, ktorý bol asi pred 2,9 miliardami rokov. Medzitým predkovia tí Predkovia nefotosyntetických baktérií sa rozišli približne pred 3,4 miliardami rokov.

Fotosyntéza sa pravdepodobne vyvinula niekde medzi týmito dvoma dátumami.

Podľa preferovaného evolučného modelu tímu mohli cyanobaktérie fotosyntetizovať najmenej 360 miliónov rokov pred geosynchrónnou obežnou dráhou. Ak majú pravdu, podporuje to hypotézu „pomalej fúzie“.

„Tento nový dokument vrhá zásadné nové svetlo na históriu okysličovania Zeme prepojením fosílnych záznamov novými spôsobmi s údajmi genómu, vrátane horizontálnych prenosov génov,“ On hovorí Biogeochemik Timothy Lyons z Kalifornskej univerzity v Riverside.

„Zistenia hovoria o počiatkoch biologickej výroby kyslíka a jeho ekologickom význame spôsobmi, ktoré poskytujú biotické obmedzenia modelov a kontroly včasného okysličovania oceánov a následnej akumulácie v atmosfére.“

Autori dúfajú, že v budúcnosti použijú podobné techniky genetickej analýzy na analýzu iných organizmov ako cyanobaktérií.

Štúdia bola publikovaná v Zborník Kráľovskej spoločnosti B.