در فتوسنتز، جلبک‌ها و گیاهان نور خورشید را جذب می‌کنند تا دی‌اکسید‌کربن و آب را به سوختی برای رشد خود تبدیل کرده و اکسیژن را به‌عنوان یک محصول جانبی آزاد کنند. از سوی دیگر، حیوانات از اکسیژن برای تبدیل سوخت مصرفی خود به انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن استفاده می‌کنند، فرآیندی که متابولیسم هوازی نامیده می‌شود.
«پس کدام‌یک اول پدید آمد؟» یک مقاله جدید در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، جزئیات یک کشف تصادفی توسط کنسرسیوم بین‌المللی از محققان (یک تیم پژوهشی ۲۱نفره) را شرح می‌دهد؛ یک مولکول احتمالی به‌عنوان پیوند گمشده، که ممکن است به پاسخی برای این پرسش مهم منجر شود.
فلیکس الینگ، عضو سابق پسادکتری در دپارتمان علوم زمین و سیاره دانشگاه هاروارد و نویسنده اصلی مقاله، در گفت‌وگو با هاروارد گزت(روزنامه رسمی دانشگاه هاروارد) گفت: «از همان ابتدا، ما این ایده را داشتیم که این ممکن است با تکامل فتوسنتز و توانایی تنفس اکسیژن مرتبط باشد.»الینگ که درآزمایشگاه «پروفسور آن پیرسون» در دانشگاه هاروارد در حوزه بیوژئوشیمی مولکولی و ژئوشیمی آلی کار می‌کرد، به‌دنبال مولکول‌های خاصی بود که به مسائل مربوط به تکامل متابولیسم هوازی مربوط نمی‌شد؛ تا وقتی که چیزی غیرعادی را کشف کرد: یک تغییر جزئی در مولکول یک باکتری مصرف‌کننده نیتروژن به نام نیتروسپیروتا که بیشتر شبیه چیزی بود که یک گیاه برای فتوسنتز به آن نیاز دارد؛ نه یک باکتری.الینگ که اکنون در دانشگاه کیل در آلمان مشغول به کار است، گفت: «ما در حال غربالگری باکتری‌ها برای پروژه‌ای کاملا متفاوت بودیم.»
چیزی که محققان دریافته بودند «متیل پلاستوکینون» بود، نوعی تغییر در یک نوع مولکولی به نام کینون. تصور می‌شد کینون‌ها که در همه اشکال زندگی یافت می‌شوند، دردونوع اصلی وجود دارند:کینون‌های هوازی که به اکسیژن نیازدارند وانواع بی‌هوازی که نیازی به اکسیژن ندارند.کینون‌های هوازی به‌طورکلی به دو نوع تقسیم می‌شوند: نوع اول، کینون‌هایی هستند که توسط گیاهان برای انجام فتوسنتز استفاده می‌شوند و نوع دوم، کینون‌هایی که توسط باکتری‌ها و حیوانات برای تنفس اکسیژن به کار می‌روند.
الینگ توضیح داد: «اساسا همه اشکال حیات از کینون‌ها برای متابولیسم خود استفاده می‌کنند. یافتن یک کینون، که شبیه به آنچه گیاهان برای انجام فتوسنتز استفاده می‌کنند، در یک باکتری که اکسیژن تنفس می‌کند بسیار غیرمعمول بود.» محققان دریافتند متیل پلاستوکینون نوع سوم و احتمالا حلقه‌مفقوده بین این دو است.
این پژوهش آنچه که «رویداد اکسیداسیون بزرگ» نامیده می‌شود را روشن می‌کند. آن دوره (تقریبا ۳/۲ تا ۴/۲میلیارد سال پیش) زمانی مشخص شد که سیانوباکتری‌ها (نوعی جلبک) شروع به تولید مقادیر قابل توجهی اکسیژن در نتیجه فتوسنتز کردند و متابولیسم هوازی را ممکن ساختند.
درحالی‌که به نظر می‌رسد این پیشرفت به این معنی است که فتوسنتز در ابتدا اتفاق افتاده است، اما کشف متیل پلاستوکینون فرضیه دیگری را نیز پشتیبانی می‌کند. به زبان ساده، برخی از باکتری‌ها قبلا توانایی استفاده از اکسیژن را داشتند؛ حتی پیش از آن‌که سیانوباکتری‌ها شروع به تولید آن کنند. به عبارت دیگر، الینگ گفت: «مرغ و تخم‌مرغ همزمان پدید آمدند.»
پیرسون، پروفسور برجسته هاروارد ( PVK هنر و علوم) و مارتا راس، استاد علوم محیطی، که تحقیقات الینگ در آزمایشگاه آنها آغاز شد، تاکید کردند که داشتن یک سیستم پردازش بیوشیمیایی برای اکسیژن در زمان ظهور تولید نسل آن توسط فتوسنتز، گام بزرگی بود.
پیرسون گفت: «واکنش‌هایی که شامل اکسیژن می‌شوند بسیار مضر هستند و می‌توانند برای سلول‌هایی که مکانیسم‌هایی برای مقابله با محصولات جانبی متابولیک ندارند، کاملا کشنده باشند.اگرچه ما آنها را امری بدیهی می‌دانیم، اما سیستم‌های شیمیایی که همه ما در سلول‌های خود برای زنده‌ماندن استفاده می‌کنیم، یعنی سبک زندگی متابولیک هوازی ما درواقع بسیار پیچیده است.»
پیرسون گفت:«به زبان ساده، ما نفس‌کشیدن را این‌گونه آموخته‌ایم. و زمانی که بتوانید اکسیژن را تنفس کنید و این کار را با خیال راحت انجام دهید، این شیوه حیات، راه را برای تنوع‌بخشیدن به تمام زندگی‌هایی که در اطراف خود می‌بینیم هموار می‌کند.»
ردپایی از تنوع ساختارهای کینونی را می‌توان در بدن انسان یافت؛ ازجمله تمایزات اساسی بین کینون‌ها در میتوکندری انسان، در مقایسه با آن در گیاهان.
الینگ گفت: «ما فکر می‌کنیم آنچه پیدا کردیم شکل اولیه یا اجدادی این مولکول است که بعدا به دو شکل سازگار شد؛ یکی با عملکردهای خاص در جلبک‌ها و گیاهان، و شکل جایگزین در میتوکندری که امروز داریم.این مولکول یک کپسول زمان است. فسیلی زنده از مولکولی که بیش از دومیلیارد سال زنده مانده است.»

آیسا اسدی - روزنامه‌نگار