Počátky života: fotosyntetizující mikroorganismy v prostředích s nízkou koncentrací kyslíku

Evoluce života na Zemi probíhala v anoxickém prostředí až do tzv. „Great Oxidation Event“ (volně přeloženo: doba velkého okysličení) před 2,2–2,5 miliardy let. V této době se koncentrace kyslíku v atmosféře zvýšila zhruba na dnešní úroveň. Studium fotosyntetických mikroorganismů, které obývají prostředí s nízkou koncentrací kyslíku, podobné těm na počátku evoluce, může tedy přinést zajímavý náhled do evoluce vzniku kyslíkaté atmosféry.

Jednu z prvních takových studií publikovali Voorhies a kolegové, kteří zkoumali mikrobiální biofilmy na dně Huronského jezera ve Spojených státech. Nejvýznamnější součástí biofilmu byly sinice (Cyanobacteria), které jsou nejstaršími dnes žijícími prokaryotickými organismy schopnými oxygenní fotosyntézy. Předpokládá se, že právě sinice byly hlavním činitelem okysličování atmosféry. Nicméně podle analýzy metabolismu docházelo v biofilmu ke spotřebě kyslíku. Dále izotopová analýza prokázala spíše anoxygenní fotosyntézu, což poukazuje na přítomnost odlišných vlastností metabolismu fotosyntézy, protože sinice jsou typické oxygenní fotosyntézou.

K charakterizování metabolismu přítomných sinic badatelé využili sekvenování DNA metagenomu celého biofilmu. Jako metagenom je označován kolektivní genom celé mikrobiální populace. V populaci byl identifikován jeden dominující druh sinice a v rámci jeho genomu byly přítomny geny související jak s oxygenní, tak s anoxygenní fotosyntézou. Zmíněná fakta poukazují na to, že sinice žijící při nízkých koncentracích kyslíku mohou přecházet od oxygenní k anoxygenní fotosyntéze. Navíc je jejich primární metabolismus schopen přecházet od získávání organického uhlíku fotosyntézou (autotrofie) k získávání z prostředí (heterotrofie).

Výše zmíněná studie přináší překvapivé poznatky, které mohou napomoci v rekonstrukci způsobu života v mikrobiálních biofilmech a vlastností metabolismu sinic v počátcích evoluce. (Geobiology 10, 250–267, 2012)