Livets fråtseperiode


Før livet oppstod, eller før det ble særlig dominerende, ville trolig næringsstoffer i form av ulike molekyler ha akkumulert i havet over mange millioner år, skapt av blant annet geologiske prosesser og lyn.

Etter at livet oppstod, om det var i havet eller andre stedet, så etablerte de seg uansett i havet på et eller annet tidspunkt, og begynte å formere seg. Før eller siden oppstod øyeblikket da det som på engelsk kalles "tipping point" ble nådd, og biomassen til livet i havet økte eksplosivt.

I denne korte fråtseperioden av livets historie, hvor prokaryoter kunne fråtse på all næringen som hadde akkumulert over millioner av år, og konvertere den til biomasse og omsette enorme mengder energi, var det så mye ressurser tilgjengelig og stort genetisk mangfold at overfloden tillot en høy grad av eksperimentering.

Da det gratis måltidet tok slutt, ble det hungersnød. Døde mikrober ble mat for andre mikrober, osv. Og livet måtte lære seg å utnytte andre ressurser, som å bryte ned molekyler som var litt vanskeligere å bryte ned. Horisontal genoverføring gjorde dette lettere enn gjennom bare evolusjon. Blant annet lærte noen seg å bryte ned mineraler, en gruppe bakterier som fremdeles eksisteres. Men disse næringsveiene bevege seg sakte, og er en prosess som tar svært lang tid.

Andre spesialiserte seg på kjemikaliene i varme kilder o.l. Hvor vi fremdeles finner bakterier i dag.

Dersom fotosyntese ikke var blitt utviklet, ville livet fremdeles eksistert i diverse lommer, hvor de brøt ned kjemikalier og stein, men energiomsetningen ville vært så lav at det ikke hadde vært tilstrekkelig for høyere organismer.

Samtidig ville det vært færre ressurser å eksperimentere med, og de mikrobene som fantes ville generelt vært ganske spesialisert til sin egen nisje. Så sannsynligheten for at fotosyntese oppstår etter at et økosystem av mikrober spesialisert til bestemte næringstilganger har etablert seg, er trolig sterkt redusert.

Det er i alle fall slik det er lett å forestille seg det etter at livet endelig fikk skikkelig fotfeste. Dersom det var slik det skjedde, ville det vel vært en kritisk periode der det enorme genetiske mangfoldet tillot livet å tilpasse seg til sine egne nisjer når de tilgjengelige ressursene på den unge jorden var brukt opp, og man måtte begynne å jobbe litt hardere for ernæringen?
Replies

En gammel øvelse i eksponetialregning er hva ville skje, om en bakterie fikk formere seg uhemmet? En blir til to, og om litt blir de fler enn jordkloden kan romme...
Spekulerer på om noe slikt kan ha skjedd med en første cellen, som knekte den genetiske koden? Allene i et hav av næring. Det er påfallende at alt liv i dag følger nøyaktig samme kode, så du kan ta et gen fra et menneske, og få en bakterie til å lese det.

Fotosyntesen, og med den produksjon av oksygen har utvilsomt hatt stor betydning for utviklingen. Ikke minst fordi flercellede organismer i stort ser ut til å være avhengige av oksygen.

I dyphavet finnes det i dag store økosystem, som så vidt jeg vet er kjemoautotrofe. Lever på gasser og kjemikalier fra jordskorpen. Men, i det minste deler av dette systemet kan vel være sekundert. Med arter som slekter på arter avhengig av fotosyntesen.
Ja, den eneste begrensningen er mengden næring. Og det er det som kan hende fantes i overflod da livet først begynte å formere seg fritt i havet. Omtrent som når en innført art får tilgang til alle ressursene på et nytt sted hvor ressursene ikke har blitt utnyttet enda (insektet Eretmoptera murphyi på Signy Island for eksempel).

Når all den lett tilgjengelige næringen var brukt opp, ville livet måtte vente til jorden selv gjorde mer næring tilgjengelig i form av de beskjedne mengdene (globalt sett) som ble produsert av varme kilder e.l. (selv om mer vulkansk aktivitet på den tiden kan ha skapt mer næring av denne typen enn i dag), eller begynne å bryte ned molekyler som var langt vanskeligere å fordøye, og derfor foregikk ekstremt sakte (som bakterier som "spiser" stein).

Om ikke fotosyntesen var oppstått, ville livet i dag vært avhengig av disse langt mer beskjedene kildene for energi. Og avansert flercellet liv ville vært umulig.

Så kanskje den veldig produktive fasen i starten kan ha skapt et vindu av begrenset varighet hvor overskuddet ble brukt til å drive genetisk eksperimentering i en langt større skala enn det som var mulig da havet begynte å gå tomt for opplagret næring.

Selv om det i dag finnes undersjøiske kilder til næring, som såkalte black smokers, er mange som lever der fremdeles avhengige av oksygen produsert i overflaten. Og det meste av havbunnen er som kjent næringsfattig. Den marine snøen som kommer dalene ovenfra er så og si utelukkende produkter som kan spores tilbake til fotosyntesen.

Fra fotosyntesen oppstod til oksygen begynte å akkumulere i omgivelsene tok det svært lang tid (med mindre det var snakk om små dammer). De første organismene med fotosyntese ville derfor levd i en verden stort sett uten oksygen, og hadde trolig langt mindre utbredelse enn i dag.

Leste for en tid siden at anaerob fotosyntese oppstod fra aerob fotosyntese. Hvis det er korrekt, kan det være at noen av disse bakteriene med aerob fotosyntese i en anaerob verden tilpasset seg omgivelser hvor andre elektrondonorer enn vann fantes i større konsentrasjoner, og dermed kunne gå over til en fotosyntese som var mindre energikrevende å gjennomføre, og dermed en fordel i akkurat disse miljøene.
De bakteriene som fotosyntetiserte uten å produsere oksygen hadde bare ett fotosystem.

Anoksigeniske, anaerobe bakterier

De anoksigeniske, anaerobe bakteriene har bare ett fotosystem og produserer ikke oksygen. De inneholder bakterieklorofyll, kalt karotenoider. Reduserte svovelforbindelser, som hydrogensulfid og tiosulfat, brukes som elektrondonor i fotosyntesen. Noen bruker også hydrogen. Purpurbakterier og grønne bakterier hører til denne gruppen.

De anoksigene fotosyntetiske bakteriene finnes i ferskvann med permanent lagdeling, med et stabilt tungt lag med sulfidrikt saltvann i bunnen og et lag med ferskvann øverst (meromiktisk vann). Andre økosystemer med anaerobe fotosyntetiske bakterier er innestengte bukter og viker ved fjorden med lite vannutskifting av bunnlaget (poller), oversvømt jord og ekstreme miljøer med høy temperatur, surt vann eller alkaliske sodasjøer. Fotosyntetiske bakterier kan inngå i biofilm og danne komplekse næringsnett. I tillegg til gruppen cyanobakterier er det fototrofe bakterier med bakterieklorofyll i gruppene chlorobier, chloroflexier, proteobakterier og firmicuter.
Fra: https://snl.no/fotosyntetiske_bakterier
Ja, det er det tradisjonelle synet. Men som sagt, så har det også vært foreslått at aerob fotosyntese kom først. Om det betyr at alle prokaryoter med anaerob fotosyntese i så fall har mistet det ene av de to fotosystemene vi finner hos cyanobakterier, eller om det kanskje har oppstått uavhengig i et eller flere tilfeller, sies det ikke noe om:

"Photosynthesis is an ancient process, and there have been many efforts made to understand just how and when it evolved. To understand this, researchers must make the distinction between the two types of photosynthesis: oxygenic and anoxygenic, or oxygen-producing and non-oxygen-producing.

While anoxygenic photosynthesis is often thought to be the more ancient of the two, recent research has suggested that oxygenic photosynthesis may have arisen in some of the earliest bacterial organisms on the planet, before cyanobacteria."

https://www.imperial.ac.uk/news/227154/evolutionary-molecular-clock-experiment-reveal-origins/