Μικροσκοπικά απολιθώματα που έχουν περάσει σχεδόν 2 δισεκατομμύρια χρόνια στο εσωτερικό ενός αρχαίου πετρώματος, δίνουν τις πρώτες αποδείξεις για την φωτοσύνθεση στη Γη.
Στο σχηματισμό McDermott σε έρημο της βόρειας Αυστραλίας, μικροσκοπικές δομές, που ονομάζονται θυλακοειδή, ανακαλύφθηκαν σε απολιθωμένα κυανοβακτήρια που χρονολογούνται πριν από 1,75 δισεκατομμύρια χρόνια.
Οι δομές αυτές βρίσκονται σήμερα στο εσωτερικό των κυττάρων των φωτοσυνθετικών οργανισμών που περιέχουν τη χρωστική χλωροφύλλη, η οποία χρησιμοποιείται για την απορρόφηση του φωτός για τη φωτοσύνθεση.
Αυτό σημαίνει ότι τα μικροαπολιθώματα αποτελούν την αρχαιότερη άμεση απόδειξη για τη φωτοσύνθεση, δίνοντάς μας μια νέα ηλικία για την εμφάνιση των κυανοβακτηρίων που φέρουν θυλακοειδή και ένα νέο εργαλείο για την κατανόηση των πρώιμων γήινων οικοσυστημάτων και του τρόπου εμφάνισης της ζωής στον πλανήτη μας.
«Η μελέτη μας παρέχει άμεσες αποδείξεις για την παρουσία μεταβολικά ενεργών κυανοβακτηρίων που εκτελούσαν οξυγονική φωτοσύνθεση» αναφέρει η ομάδα με επικεφαλής την παλαιομικροβιολόγο του Πανεπιστημίου της Λιέγης, Catherine Demoulin.
Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι μια λεπτομερής ανάλυση άλλων απολιθωμάτων θα μπορούσε να εντοπίσει περισσότερες δομές όπως αυτή, εντοπίζοντας τη στιγμή που οι δομές φωτοσύνθεσης απορροφήθηκαν και τέθηκαν σε λειτουργία από τις πρώτες μορφές πολύπλοκων κυττάρων φυκών.
Η φωτοσύνθεση, η οποία αξιοποιεί το φως του ήλιου για να μετατρέψει το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε γλυκόζη και οξυγόνο, μπορεί να φαίνεται σαν κάτι που τα φυτά και τα φύκια κάνουν ήσυχα για τον εαυτό τους εκεί πέρα, αλλά αποτελεί τη βάση για την επιβίωση σχεδόν όλων των έμβιων όντων.
Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί αποτελούν το θεμέλιο των περισσότερων τροφικών πλεγμάτων, και οι μεταβολικές τους διαδικασίες γεμίζουν την ατμόσφαιρα με το οξυγόνο που αναπνέουν οι περισσότεροι οργανισμοί στην Γη για να επιβιώσουν.
Γνωρίζουμε ότι, στις αρχές της ιστορίας της Γης, δεν υπήρχε πολύ οξυγόνο που κυκλοφορούσε ελεύθερα στην ατμόσφαιρα και στους ωκεανούς. Ωστόσο, διάφορες σειρές γεωχημικών στοιχείων αποκαλύπτουν ότι τα επίπεδα οξυγόνου αυξήθηκαν ξαφνικά στα ύψη πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, ένα γεγονός που είναι γνωστό ως το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης. Δεν είναι σαφές τι το προκάλεσε, αλλά μια πιθανότητα είναι η εμφάνιση των φωτοσυνθετικών οργανισμών.
Η παλαιότερη αδιαμφισβήτητη μικροαπολιθωματοποιημένη απόδειξη κυανοβακτηρίων είναι ένας οργανισμός που ονομάζεται Eoentophysalis belcherensis και χρονολογείται έως και 2,018 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Όμως τα απολιθώματα είναι συχνά δύσκολο να ερμηνευθούν και οι εσωτερικές τους δομές δεν επιβιώνουν πάντα ανέπαφες. Και δεν έχουν όλα τα είδη κυανοβακτηρίων θυλακοειδή.
Η Demoulin και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν διαφορετικές τεχνικές μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης για να διερευνήσουν τις εξωτερικές και εσωτερικές δομές των μικροαπολιθωμάτων ενός είδους γνωστού ως Navifusa majensis, που θεωρείται ότι είναι κυανοβακτήρια. Και, μέσα στα σώματα των μονοκύτταρων οργανισμών από δύο απολιθωμένα στρώματα, βρήκαν θυλακοειδείς μεμβράνες.
Τα απολιθώματα αυτά προέρχονταν από τον σχηματισμό Grassy Bay στον Καναδά, που χρονολογείται έως και 1,01 δισεκατομμύρια χρόνια πριν- και από τον σχηματισμό McDermott, που εκτείνεται έως και 1,75 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτό επεκτείνει το αρχείο απολιθωμάτων των θυλακοειδών κατά 1,2 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω – και σημαίνει ότι η οξυγονική φωτοσύνθεση πρέπει να είχε εξελιχθεί πριν από αυτό το χρονικό διάστημα.
Αυτό όμως που δεν γνωρίζουμε ακόμη είναι αν εξελίχθηκε εγκαίρως για να συμβάλει στο Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης. Μόνο η εύρεση και η προσεκτική μελέτη ακόμη παλαιότερων απολιθωμάτων θα μπορούσε να μας δώσει απάντηση σε αυτό το καυτό ερώτημα.
«Η ανακάλυψη διατηρημένων θυλακοειδών μέσα στο N. majensis που αναφέρεται εδώ παρέχει άμεσες αποδείξεις για μια ελάχιστη ηλικία περίπου 1,75 δισεκατομμυρίων ετών πριν από την απόκλιση μεταξύ κυανοβακτηρίων που φέρουν θυλακοειδή και κυανοβακτηρίων χωρίς θυλακοειδή» τονίζουν οι ερευνητές. «Προβλέπουμε ότι παρόμοιες αναλύσεις υπερδομής καλά διατηρημένων μικροαπολιθωμάτων θα μπορούσαν να διευρύνουν το γεωλογικό αρχείο των οξυγονικών φωτοσυνθετών και των πρώιμων, ασθενώς οξυγονωμένων οικοσυστημάτων στα οποία αναπτύχθηκαν πολύπλοκα κύτταρα».