Smanjenje mikrobnog sulfata koje datira još iz paleoarheja igra ključnu ulogu u pokretanju globalnih ciklusa ugljenika i sumpora na drevnoj i modernoj Zemlji. Preko 150 vrsta reduktora sulfata iz bakterijske i arhealne file identifikovano je u nizu različitih sredina. Međutim, njihovo poreklo je neuhvatljivo i nedostaju nedvosmisleni fosili.
Nedavno je 518 miliona godina star mikrobni fosil iz Kine identifikovan kao drevna bakterija koja redukuje sulfat, bacio je svetlo na adaptivnu evoluciju bakterija koje redukuju sulfat kao odgovor na događaje oksigenacije na Zemlji. Ovaj novi fosil, nazvan kao Kingjiangonema cambria, izvestio je istraživački tim na čelu sa prof. Ksingliang Zhangom iz Shaanki Kei Laboratorije za rani život i životnu sredinu na Univerzitetu Northvest, prof. Jinhua Li sa Instituta za geologiju i geofiziku Kineske akademije nauka (IGGCAS) i prof. Iinzhao Vang sa Škole prirodnih nauka i biotehnologije na Šangajskom univerzitetu Jiao Tong.
Studija je objavljena u časopisu Science Bulletin.
Kingjiangonema je otkrivena u crnim škriljcima formacije Shuijingtuo koja daje biotu Kingjiang, rani kambrijski fosil tipa Lagerstatte tipa Burgess (BST) iz Južne Kine. I izgleda kao duga filamenta koja se sastoji od stotina ćelija u obliku štapa. Ćelije su sužene na spojevima, ∼1 do 3 μm široke i ∼0,8 do 11,0 μm dugačke.
Svaka ćelija je spolja obavijena trilaminarnim ultratankim filmom i iznutra ispunjena ekvimorfnim i ekvidimenzionalnim mikrokristalima pirita. Jedinstvena lančana morfologija i njeno prisustvo u crnim škriljcima (cementirano anoksično blato) pružaju ključne naznake za određivanje biološkog afiniteta Kingjiangoneme. Verna replikacija ćelijske morfologije punjenjem mikrokristalima pirita sugeriše da je Kingjiangonema bila u stanju da istaloži minerale intracelularno kada je bila živa.
Da bi se dalje utvrdila fiziologija Kingjiangoneme, sprovedene su in situ analize izotopa sumpora intracelularnih mikrokristala pirita primenom sekundarne jonske masene spektroskopije (SIMS), a rezultati pokazuju da intracelularni mikrokristali pirita imaju lak sastav izotopa sumpora i veliku izotopsku frakcionaciju, koji su uporedivi sa onim savremenog desulfonema u anoksičnom blatu.
Zanimljivo je da među ogromnim nizom savremenih bakterija koje redukuju sulfate i njihovih rođaka, samo pripadnici Desulfonema i kablovskih bakterija unutar tipa Desulfobacterota pokazuju slične lančane morfologije. Desulfonema vrste su filamentozni sulfatni reduktori koje karakteriše redukcija sulfata u anoksičnim uslovima sa velikim frakcionisanjem izotopa sumpora od sulfata do sulfida.
Kablovske bakterije su, međutim, suprotne u metabolizmu. Oni su bakterije koje oksidiraju aerobne sulfide, dobro poznate po transportu elektrona na velike udaljenosti na udaljenosti od centimetarske skale i dele kanonske gene za redukciju sulfata sa članovima Desulfobacterote.
Sve u svemu, višestruki dokazi uključujući fosilnu morfologiju, procenu životnih uslova i analize izotopa pokazuju da je Kingjiangonema bio filamentni višećelijski mikrofosil koji redukuje sulfat.
Otkriće ovog izuzetnog mikrofosila baca svetlo na evoluciju bakterija koje redukuju sulfate i kablovskih bakterija. Filogenomske i molekularne analize sata potvrđuju nezavisno poreklo višećelijske bakterije Desulfonema i kablovskih bakterija u okviru tipa Desulfobacterota.
Što je još važnije, ove molekularne biološke analize zaključuju da su se Desulfobakterota, koja obuhvata većinu taksona koji redukuju sulfat, razišla pre ~ 2,4 milijarde godina tokom paleoproterozojskog Velikog događaja oksigenacije (GOE), dok su se kablovske bakterije razišle pre ~ 0,56 milijardi godina tokom ili nakon neoproterozojskog kiseonika. .
Uzimajući zajedno, autori su smatrali da je Kingjiangonema cambria ili srodna Desulfonemi ili predstavlja pretka kablovskih bakterija koji redukuju sulfate. Oni su predložili da su bakterije koje redukuju sulfat prvo diversifikovane kao odgovor na povećanje koncentracije okeanskog sulfata tokom GOE i da su kablovske bakterije koje oksidiraju sumpor evoluirale iz filamentoznog višećelijskog pretka koji redukuje sulfat preokretom puta redukcije sulfata kada su velike površine morsko dno je postalo oksigenirano tokom ili nakon NOE.
