Fotosysteem II: zuurstof producerende fotosynthese zo oud als leven op aarde

Uit “moleculaire fossielen” blijkt dat fotosysteem II, cruciaal onderdeel van de biochemie achter fotosynthese, al zeker 3,5 miljard jaar oud is. Waar komt het leven vandaan?

Miljarden jaren oud biochemisch bewijs voor fotosysteem II

Drie miljard jaar is een lange tijd, zeker voor biologisch materiaal. De onderzoekers gebruikten daarom een indirecte methode. Namelijk, biochemische fossielen in moderne planten, algen en cyanobacteriën. Deze stammen allen af van een voorouder die miljarden jaren geleden leefde. Hoe groter het verschil tussen eiwitten in afstammelingen van deze oudste cel, hoe langer geleden ze uit elkaar zijn gegaan. En dus hoe ouder de voorouder met dat eiwit.

Tot nu toe dachten biologen dat fotosysteem I, dat geen water splitst, de oervorm van fotosynthese was. En dat het produceren van zuurstof pas miljarden later evolueerde. Uit nieuwe metingen van de mutatie snelheid bleek dat de voorouder met fotosysteem II miljarden jaren eerder moet hebben geleefd dan gedacht. [1] En dat dus fotosysteem II, ongeveer zo oud moet zijn geweest als het leven op aarde zelf. En daarmee de productie van zuurstof. Althans: het systeem dat nu voor de productie van zuurstof in gebruik is. Maar het is altijd mogelijk dat dit systeem vroeger een ander doel had. Dat zou niet uniek zijn in de evolutie. Denk aan de flippers van pinguïns waarmee hun verre voorouders vlogen.

Panspermie

Dit maakt de kans steeds groter dat het leven niet afkomstig is van de aarde, maar van elders in het heelal. LUCA, de Last Universal Common Ancestor van het bekende leven was een behoorlijk complexe cel die weinig onderdeed voor eenvoudige bacteriën nu. De vroegste schattingen komen uit op 4,5 miljard jaar geleden. Dat is maar 100 miljoen jaar na het ontstaan van de aarde, toen deze nog nauwelijks afgekoeld was. De kans is natuurlijk vrij klein dat een ingewikkeld systeem als LUCA zich zo extreem snel ontwikkelt.

Panspermie, de theorie dat het leven zich tussen planeten en tussen sterren kan verspreiden, lijkt steeds kansrijker. Er arriveren regelmatig kometen en andere objecten uit de rest van het Melkwegstelsel, blijkt uit de ontdekking van objecten als ‘Oumuamua en 2I/Borisov. De aanwijzingen stapelen zich zo op, dat het leven op aarde van elders afkomstig is. Van Mars, wellicht, of nog verder weg.

Schema van fotosysteem II. Lichtdeeltjes (hv) worden geoogst en gebruikt om water te splitsen. De zuurstof komt vrij, de waterstof wordt aan de energiedrager plastoquinon gehecht. Bron: Kaidor via Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Wat is fotosysteem II?

Cruciaal onderdeel van fotosynthese is het omzetten van licht in chemische energie. De eerste stap hierbij is het splitsen van water in zuurstof, waterstofionen en elektronen. Dit is wat fotosysteem II doet. Chlorofylmoleculen, een soort zonnepaneel-moleculen, vangen lichtdeeltjes en transporteren hun energie naar een reactiepunt, waar deze energie een watermolecuul splitst. Deze elektronen en waterstof komen later van pas bij het produceren van tijdelijke energiedragers. Bij fotosysteem II gaat dit via het enzym P680, dat de elektronen plus waterstofionen overdraagt aan zogeheten plastoquinonen. De donkerreactie, elders in de cel, stript deze energierijke waterstofdragende plastoquinonen van hun waterstof. Er bestaan ook andere fotosystemen, zoals fotosysteem I, maar deze produceren geen zuurstof.

Bron

Thomas Oliver, Patricia Sánchez-Baracaldo, Anthony W. Larkum, A. William Rutherford, Tanai Cardona. Time-resolved comparative molecular evolution of oxygenic photosynthesis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics, 2021; 1862 (6): 148400 DOI: 10.1016/j.bbabio.2021.148400

2 reacties op “Fotosysteem II: zuurstof producerende fotosynthese zo oud als leven op aarde”

Laat een reactie achter

Dutch