Kyslíková fotosyntéza je možná starší než nekyslíková

TLDR verze: Fotosyntéza a její evoluce je zase o něco líp prostudovaná. Zdá se totiž, že fotosyntéza, která měla přijít později, možná přišla dříve! Studie tu.

Fotosyntézuji, tedy jsem

Fotosyntéza je famózní věc, která jitřila mou pozornost už v nějaké sedmé třídě základní školy. Jak udělat ze světla, vody a oxidu uhličitého živiny plus jakýsi odpadní kyslík, to je jedna z nejfamóznějších záhad přírody! Samože tuhle „záhadu“ od mých dětských let už věda pořádně prozkoumala – ale do mých dědských let nejspíše ještě zjistíme další lavinu zajímavostí. Třeba i díky nejnovější práci.

Pojďme ale popořadě – na úvod neuškodí malé opáčko obohacené o nějaké ty souvislosti. Mnozí z vás jistě vědí, že fotosyntéza je proces, při němž některé organismy využívají energii slunečního záření k výrobě organických uhlíkatých sloučenin (z nechvalně proslulého skleníkového plynu oxidu uhličitého, tj. CO2). Ty dále využívají jako zdroj energie a stavebního materiálu pro růst svých těl. Známe dva základní typy.

Tím prvním je tzv. oxygenní fotosyntéza, což je ona slavná fotosyntéza, o níž se učí již žáci základních a středních škol a kterou provozují rostliny, řasy a sinice. Mnozí si jistě dodnes vybaví onu slavnou sumární rovnici 6CO2 + 6H2O + sluneční energie = C6H12O6 + 6O2. Ta je sice tak zjednodušená, až je ve své podstatě špatně… Ale přesto umožňuje alespoň rámcové pochopení tohoto supersložitého biofyzikálně chemického procesu, na němž stojí (až na drobné výjimky) celá biosféra planety Země.

Jak již název napovídá, je při ní generován atomární kyslík, který se uvolňuje z molekul H2O. Stojí za zdůraznění, že oxygenní fotosyntéza dává organismům schopnost něčeho, co s trochou nadsázky můžeme označit jako vaření z vody. Z běžně dostupných anorganických látek, jakými CO2 a H2O obvykle jsou, totiž dokáží (za využití sluneční energie) budovat masu svých těl a tím růst a množit se. Prostě zázrak jako z hodiny náboženství!

Zázrak, který si popíšeme zcela vybranou, prvotřídní mluvou…

Slepice nebo vejce, oxygenní nebo anoxygenní fotosyntéza?

Masa i toho největšího stromu (i gigantických sekvojí) je tak vlastně vystavěna z uhlíku. Ten téměř výhradně pochází z CO2. Lze tedy s čistým svědomím říci, že stromy rostou hlavně ze vzduchu (a tedy nikoliv z nutrientů obsažených v půdě, jak se mnozí domnívají). Na druhou stranu při druhém typu, tzv. anoxygenní fotosyntéze, k hydrolýze vody nedochází a kyslík se tak nemá z čeho uvolňovat. Roli H2O (tj. poskytovatele nepostradatelných elektronů) v anoxygenní fotosyntéze obvykle zastávají různé sloučeniny síry (např. H2S).

Oba druhy fotosyntézy jsou zásadní při pohledu na evoluční vývoj daného perku. Dosud dominantní hypotézou týkající se evoluce fotosyntézy je, že se jako první před nějakými 3,5 miliardami lety vyvinula „primitivnější“ anoxygenní fotosyntéza. Až o miliardu let později se objevila „dokonalejší“ oxygenní fotosyntéza. Vědátoři z Imperial College London však nyní přicházejí s alternativní hypotézou!

Studovali totiž molekulární strukturu fotosyntetických reakčních center bakterie druhu Heliobacterium modesticaldum, která si anoxygenně fotosyntetizuje v okolí horkých pramenů. Srovnávali je se strukturou center nejstarších oxygenních fotosyntetizátorů, tedy sinic. Vědátoři v molekulární struktuře reakčních center našli překvapivé množství podobností.

Obě skupiny bakterií (tedy jak H. modesticaldum, tak sinice, kterým se odborně říká cyanobakterie) jsou přitom příbuzné jen velmi vzdáleně. Jejich poslední společný předek žil před miliardami let. Autoři proto na základě svých zjištění považují za pravděpodobné, že molekulárně strukturální podobnosti reakčních center sinic a H. modesticaldum jsou zapříčiněny tím, že byly přítomny už u jejich společného předka. Jinými slovy, kyslíkatá fotosyntéza možná není vůbec mladší z obou druhů!


Doufám, že vám teď kontextová reklama nabídla kýbl sinic. 

Budou se přepisovat učebnice? Spoiler Alert: not yet…

Výsledky jejich analýz mohou naznačovat, že oxygenní fotosyntéza se objevila zhruba ve stejné době, jako ta anoxygenní a teoreticky by snad mohla být i starší. Nabízejí se však i alternativní vysvětlení, třeba konvergentní evoluce – strukturální podobnosti se pořád mohly vyvinout nezávisle na sobě a společný předek jimi vůbec nedisponoval. Zatím tedy nic není na tesání do kamene.

Každopádně jde o první vlaštovku, která nás upozorňuje, že v současnosti převládající hypotéza týkající se evoluce fotosyntézy nemusí mít valnou oporu v experimentálních datech. A je třeba jejímu testování věnovat zvýšenou pozornost. Už jen kvůli tomu, že nám umělá fotosyntéza může napomoct k palivům budoucnosti!

Zda se tak budou nebo nebudou přepisovat učebnice molekulární evoluce rostlin ukáže čas. Tak či onak je ale famózní, že fotosyntéza dovede i dnes překvapovat a jitřit pozornost stejně mocně, jako jsem jsem na ní ve dvanácti během přírodovědy čuměl jako chleba z tašky!

[JK, LL]

JK pro vás loni i spáchal ZAHRANIČNÍ video o tom, jak bychom TEORETICKY mohli zatočit s viry…

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze