„Jósolni nehéz, különösen a jövőt illetően” – mondta állítólag Niels Bohr Nobel-díjas fizikus, bár egyesek szerint valójában Yogi Berra legendás baseballjátékos a szerzője. Ez a bizonytalanság jól szemlélteti, hogy nemcsak a jövő, hanem a múlt eseményeinek feltárása is hasonló nehézségekkel jár. Különösen igaz ez a távoli múlt kutatására, például arra, hogyan alkalmazkodott az élet a Föld körülményeinek radikális változásához, mint amilyen a légkör oxigéntartalmának jelentős megemelkedése volt.
A Science folyóiratban megjelent friss kutatásban egy nemzetközi kutatócsoport látványos részletességgel tárta fel, hogyan fejlődtek a baktériumok, és hogyan alkalmazkodtak az oxigénhez az évmilliárdok során. A munkát Szöllősi Gergely, a HUN-REN ÖK Evolúciótudományi Intézet tudományos főmunkatársa és az Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) Modell-alapú Evolúciós Genomikai Csoportjának (Model-Based Evolutionary Genomics Unit) vezetője koordinálta, meghatározó együttműködésben Tom Williams-el (Bristoli Egyetem) és Adrian Davín-al (Phil Hugenholtz csoportja, Queenslandi Egyetem).
A kutatás célja kettős volt: egyrészt pontosan megállapítani, mikor alakultak ki a baktériumok főbb csoportjai a Föld története során, másrészt pedig rekonstruálni, hogyan alakult ki és terjedt el a baktériumok körében az oxigén használatának képessége. Ehhez viszonyítási pontként a mintegy 2,33 milliárd éve bekövetkezett Nagy Oxidációs Eseményt (Great Oxygenation Event, GOE) használták, amikor a cianobaktériumok fotoszintézise miatt drámai módon megnőtt a légköri oxigén mennyisége, gyökeresen megváltoztatva bolygónk atmoszféráját. Korábban ezt a korszakot nehéz volt pontosan datálni, mivel nagyon kevés fosszília áll rendelkezésre.
A kutatók geológiai és genetikai adatok együttes elemzésével oldották meg ezt a problémát, egy új megközelítést alkalmazva magát a GOE-t használták viszonyítási pontként: Gépi tanulással következtettek arra, mely ősi baktériumok lehettek aerobok. Ezt követően bayesi statisztikai megközelítést alkalmazva határozták meg mikor jelenhettek meg azok, feltételezve, ha a rendelkezésre álló genetikai és fosszila adatok mást nem mondtak, hogy ezek az oxigént használó baktériumok a GOE után jelentek meg.
A kutatás során, amely 1007 bakteriális genom evolúciós történetét rekonstruálta, összesen 84 anaerob-aerob átmenetet találtak. Ezek nagy része a GOE után következett be, ám legalább három esetben már jóval korábban, a legkorábbi közel 900 millió évvel megelőzte az oxigén légköri felhalmozódását. Ez arra utal, hogy a baktériumok jóval előbb képesek voltak oxigént használni, mint ahogy az nagy mennyiségben rendelkezésre állt volna. Érdekes módon az oxigénhasználat képessége már az oxigént termelő fotoszintézis előtt megjelenhetett, sőt, akár elősegíthette a fotoszintézisben kulcsszerepet játszó gének kifejlődését is.
A kutatás szerint a ma élő baktériumok utolsó közös őse mintegy 4,4–3,9 milliárd éve, a Hadészi vagy korai Archaikum földtörténeti korszakban élt. A fő baktériumtörzsek kialakulása később, 2,5–1,8 milliárd éve, az Archaikum és Proterozoikum határán történt, míg számos mai baktériumcsalád már az állati és növényi élet megjelenésével párhuzamosan, 0,75–0,6 milliárd éve alakult ki.
A kutatók által kidolgozott innovatív módszer, amely a genomikai, fosszilis és geokémiai adatok kombinálásán alapul, új és izgalmas perspektívákat nyújt az élet korai evolúciójának megértéséhez, különösen azoknál a mikrobáknál, amelyekből fosszíliák nem maradtak fenn. Ez a megközelítés a jövőben más mikrobiális tulajdonság kialakulásának tanulmányozására is kiváló eszközként szolgálhat.
Kép: Sávos vasérc: üledékes kőzet, amely a légköri oxigénszint növekedését dokumentálja a Nagy Oxidációs Esemény (GOE) idején
