Thiết bị nano chuyển đổi ánh sáng thành điện được tìm thấy trong vi khuẩn lam cho thấy cách sự sống ban đầu sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra oxy
bởi Queen Mary, Đại học London
Cấu trúc kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM) của Hệ thống quang hợp I được phân lập từ vi khuẩn Anthocerotibacter panamensis. Nguồn: Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (2025). DOI: 10.1073/pnas.2427090122
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã giải mã được một phần quan trọng trong câu đố tiến hóa của Trái đất bằng cách giải mã cấu trúc của một "thiết bị nano" thu thập ánh sáng trong một trong những dòng dõi vi khuẩn lam cổ xưa nhất của hành tinh.
Phát hiện này, được công bố trên Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, cung cấp cái nhìn chưa từng có về cách sự sống ban đầu sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra oxy—một quá trình đã biến đổi hành tinh của chúng ta mãi mãi.
Nhóm nghiên cứu, bao gồm Tiến sĩ Tanai Cardona từ Đại học Queen Mary London, tập trung vào Hệ thống quang hợp I (PSI), một phức hợp phân tử chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng điện, được tinh chế từ Anthocerotibacter panamensis—một loài mới được phát hiện đại diện cho một dòng dõi đã tách ra khỏi tất cả các loài vi khuẩn lam khác cách đây khoảng 3 tỷ năm.
Đáng chú ý là di tích sống này hầu như không có họ hàng gần, với loài "chị em" tiến hóa gần nhất đã biết của nó đã chia tay cách đây khoảng 1,4 tỷ năm.
"Chúng ta không thể quay ngược thời gian 3 tỷ năm để quan sát vi khuẩn lam trên Trái đất", Tiến sĩ Ming-Yang Ho từ Đại học Quốc gia Đài Loan, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Đó là lý do tại sao A. panamensis phân nhánh sớm lại quan trọng đến vậy; nó cho chúng ta thoáng thấy những gì đã xảy ra trong quá khứ".
Hầu hết các loài vi khuẩn lam, cùng với tất cả các loài tảo và thực vật, đóng gói bộ máy quang hợp của chúng vào các lớp màng xếp chồng lên nhau gọi là thylakoid: hãy tưởng tượng đến nhiều lớp tấm pin mặt trời. A. panamensis thiếu thylakoid, giới hạn toàn bộ bộ công cụ quang hợp của nó trong một lớp màng duy nhất. Sự hạn chế đó hạn chế quá trình quang hợp, vì vậy các vi khuẩn lam không có thylakoid này phát triển chậm và chỉ chịu được ánh sáng yếu trong phòng thí nghiệm.
"Với cấu trúc PSI này trong tay", đồng tác giả Tiến sĩ Christopher Gisriel từ Đại học Wisconsin-Madison cho biết thêm, "Chúng tôi có thể so sánh nó với các cấu trúc khác và xem đặc điểm nào là cổ xưa và đặc điểm nào là cải tiến tiến hóa gần đây".
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, mặc dù trình tự protein đã trôi dạt giống như trong bất kỳ vi khuẩn nào, nhưng cấu trúc của PSI hầu như không thay đổi: ba đơn vị PSI tham gia vào một sắp xếp ba lá cỏ ba lá, cùng nhau mang hơn 300 sắc tố hấp thụ ánh sáng như diệp lục và carotenoid.
Tiến sĩ Tanai Cardona kết luận, "Ngay cả 3 tỷ năm trước, quang hợp dường như đã đạt đến mức độ tinh vi đáng kể. Để tìm ra nguồn gốc thực sự của quá trình quang hợp tạo ra oxy, chúng ta sẽ phải nhìn lại xa hơn nữa—trước khi chính vi khuẩn lam tiến hóa."
Thông tin thêm: Han-Wei Jiang và cộng sự, Cấu trúc và sự tiến hóa của hệ thống quang hợp I trong vi khuẩn lam phân nhánh sớm Anthocerotibacter panamensis, Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (2025). DOI: 10.1073/pnas.2427090122
Thông tin tạp chí: Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia
Do Queen Mary, Đại học London cung cấp
