Kami baru saja hampir mengidentifikasi momen kunci dalam sejarah evolusi Bumi

Bagi sebagian besar hewan di Bumi, bernapas identik dengan kehidupan. Namun, selama 2 miliar tahun pertama keberadaan planet kita, oksigen berada dalam keadaan langka.

Ini bukan untuk mengatakan bahwa Bumi tidak bernyawa sepanjang waktu, tetapi kehidupan itu langka dan sangat berbeda dari apa yang kita kenal sekarang.

Hanya ketika bakteri yang lebih kompleks yang mampu melakukan fotosintesis muncul, semuanya mulai berubah, memicu apa yang oleh para ilmuwan disebut Peristiwa Oksidasi Hebat. Tapi kapan semua ini terjadi? Bagaimana semua ini bergetar?

Teknik analisis gen baru telah memberikan petunjuk untuk garis waktu baru. Diperkirakan butuh 400 juta tahun bagi bakteri untuk melahap sinar matahari dan menghirup oksigen sebelum kehidupan benar-benar berkembang.

Dengan kata lain, kemungkinan ada organisme di planet kita yang mampu melakukan fotosintesis jauh sebelum Peristiwa Oksidasi Hebat.

“Dalam evolusi, segala sesuatunya selalu dimulai dari yang kecil,” menjelaskan Ahli geologi Greg Fournier dari Massachusetts Institute of Technology.

“Meskipun ada bukti untuk fotosintesis oksigen awal – yang merupakan inovasi evolusi paling penting yang benar-benar menakjubkan di Bumi – butuh ratusan juta tahun untuk lepas landas.”

Saat ini ada dua akun yang bersaing untuk menjelaskan evolusi fotosintesis pada bakteri khusus yang dikenal sebagai cyanobacteria. Beberapa orang percaya bahwa proses alami mengubah sinar matahari menjadi energi muncul di adegan evolusi sangat awal, tetapi berevolusi dengan “sekering lambat”. Yang lain percaya bahwa fotosintesis berkembang kemudian tetapi “berjalan seperti api”.

Sebagian besar kontroversi berasal dari asumsi tentang kecepatan bakteri berkembang, dan interpretasi yang berbeda dari catatan fosil.

Jadi Fournier dan rekan-rekannya menambahkan bentuk analisis lain ke dalam campuran. Dalam kasus yang jarang terjadi, bakteri terkadang dapat mewarisi gen bukan dari orang tuanya, tetapi dari spesies lain yang berkerabat jauh. Ini bisa terjadi ketika sel lain “makan” dan memasukkan gen lain ke dalam genomnya.

Para ilmuwan dapat menggunakan informasi ini untuk mengetahui usia relatif dari kelompok bakteri yang berbeda; Misalnya, mereka yang memiliki gen curian pasti telah mengubahnya dari spesies yang hadir pada saat yang sama.

Hubungan ini kemudian dapat dibandingkan dengan upaya penanggalan yang lebih spesifik, seperti model jam molekuler, yang menggunakan urutan genetik organisme untuk melacak sejarah perubahan genetik.

Untuk tujuan ini, para peneliti menyisir genom ribuan spesies bakteri, termasuk cyanobacteria. Mereka mencari kasus transfer gen horizontal.

Secara total, mereka mengidentifikasi 34 contoh yang jelas. Ketika membandingkan contoh-contoh ini dengan enam model jam molekuler, penulis menemukan satu secara khusus lebih tepat secara konsisten. Memilih bentuk campuran ini, tim membuat perkiraan umur bakteri fotosintesis.

Hasilnya menunjukkan bahwa semua cyanobacteria yang hidup saat ini memiliki nenek moyang yang sama yaitu sekitar 2,9 miliar tahun yang lalu. Sementara itu, leluhur itu Nenek moyang bakteri non-fotosintetik menyimpang sekitar 3,4 miliar tahun yang lalu.

Fotosintesis mungkin berkembang di suatu tempat di antara dua tanggal ini.

Menurut model evolusi yang disukai tim, cyanobacteria mungkin telah berfotosintesis setidaknya 360 juta tahun sebelum orbit geosinkron. Jika mereka benar, ini mendukung hipotesis “peleburan lambat”.

“Makalah baru ini memberikan cahaya baru yang mendasar pada sejarah oksigenasi Bumi dengan menghubungkan catatan fosil, dengan cara baru, dengan data genom, termasuk transfer gen horizontal,” Dia berkata Ahli biogeokimia Timothy Lyons dari University of California, Riverside.

“Temuan ini berbicara tentang awal produksi oksigen biologis dan kepentingan ekologisnya, dengan cara yang memberikan batasan biotik pada pola dan kontrol pada oksigenasi laut awal dan akumulasi selanjutnya di atmosfer.”

Penulis berharap untuk menggunakan teknik analisis genetik serupa untuk menganalisis organisme selain cyanobacteria di masa depan.

Studi ini dipublikasikan di Prosiding Royal Society B.