Tlen jako ewolucyjna przewaga. Bez niego fotosymbioza mogła wyglądać zupełnie inaczej
Fotosyntetyczny partner mógł być dla pierwszych gospodarzy nie tylko źródłem cukrów, ale przede wszystkim dostawcą tlenu. Naukowcy sugerują, że w ubogich w O₂ środowiskach taka współpraca mogła dawać organizmom istotną przewagę — być może jeszcze zanim pojawiła się korzyść z wykorzystania węgla produkowanego przez fotosyntezę.
Ziemia długo była planetą ubogą w tlen
Przez pierwsze miliardy lat historii Ziemi tlen był w biosferze niezwykle rzadki. Zanim pojawiła się fotosynteza tlenowa, organizmy korzystały przede wszystkim z procesów beztlenowych. Fotosyntetyzujące sinice zaczęły produkować tlen około 3,3 mld lat temu, ale jego globalne rozprzestrzenianie następowało bardzo powoli. Nawet gdy w atmosferze zaczęły pojawiać się większe ilości O₂, głębsze partie oceanów przez długi czas pozostawały pozbawione tlenu. Tymczasem pierwsze fotosymbiozy pojawiły się około 1,5 mld lat temu — w okresie, gdy tlen nadal nie był powszechnie dostępny. Autorzy przeglądu w Current Biology zwracają uwagę, że ta chronologia może mieć znaczenie dla zrozumienia początków fotosymbiozy. W środowisku niedotlenionym organizm, który znalazłby się w symbiozie z fotosyntetycznym partnerem, mógł zyskać własne, lokalne źródło O₂. To mogło umożliwić bardziej wydajne oddychanie tlenowe i dać gospodarzowi przewagę nad konkurentami.
Postępujące natlenienie Ziemi, napędzane fotosyntezą tlenową, głęboko zmodyfikowało środowisko i odegrało ważną rolę w ewolucji życia.
[1]
Fotosymbiont daje więcej niż cukier
Współczesne badania fotosymbiozy koncentrują się przede wszystkim na wymianie węgla. Wiadomo, że fotosyntetyczny partner może dostarczać gospodarzowi produkty fotosyntezy, w tym cukry, które stanowią źródło energii i materiał budulcowy. Autorzy sugerują jednak, że tlen mógł być niedocenianym elementem tej współpracy. W środowisku ubogim w O₂ jego produkcja przez fotosymbionta mogła mieć bezpośrednie znaczenie dla przeżycia gospodarza, a nawet poprzedzać rozwój ścisłej zależności opartej na wymianie węgla. Nie musi to oznaczać, że tlen był jedynym czynnikiem prowadzącym do powstania fotosymbiozy. Znaczenie mogły mieć również inne korzyści, takie jak wymiana azotu czy witamin. Hipoteza zakłada raczej, że dostępność O₂ była jednym z ważnych czynników selekcyjnych, które mogły sprzyjać utrwalaniu takich relacji.
- Symbioza – długotrwała relacja między dwoma lub więcej organizmami.
- Fotosymbioza – rodzaj symbiozy między cudzożywnym gospodarzem a fotosyntetyzującym glonem.
- Symbiont – organizm uczestniczący w symbiozie, który w przypadku koralowców jest fotosyntetyzującym glonem wytwarzającym cukry.
- Gospodarz – organizm, który zapewnia symbiontowi schronienie i korzysta z wytwarzanych przez niego cukrów.
- Symbioza koralowców i glonów – relacja, w której glon dostarcza koralowcowi cukrów powstałych w wyniku fotosyntezy, a koralowiec zapewnia glonowi schronienie. [2]
Dawne warunki można dziś odtworzyć
Największym problemem jest to, że początków fotosymbiozy sprzed miliardów lat nie da się bezpośrednio zbadać. Naukowcy mogą jednak spojrzeć na współczesne środowiska, w których występuje niedobór tlenu, i potraktować je jako odpowiednik dawnych warunków panujących na Ziemi. Takie „naturalne laboratoria” pozwalają sprawdzać, czy obecność fotosyntetycznego partnera rzeczywiście poprawia funkcjonowanie gospodarza w warunkach hipoksji oraz jak dostępność O₂ wpływa na stabilność całej symbiozy. Co więcej, problem staje się aktualny także z powodu działalności człowieka. Globalne zmiany środowiskowe prowadzą w wielu miejscach do powstawania lub nasilania stref niedotlenionych w wodach. Zdaniem autorów daje to dodatkowy powód, by badać nie tylko znaczenie węgla w fotosymbiozie, ale również to, jak dostępność tlenu kształtuje relacje między organizmami i funkcjonowanie całych ekosystemów.
Bibliografia:
[1] Quevarec L., Car C., Brasseur G., Robaglia C., Oxygen in photosymbiosis evolution, Current Biology, 2026, Volume 36, Issue 18, PR995-R1004
[2] https://projekty.ncn.gov.pl/opisy/535443-pl.pdf
