Oksigen adalah unsur fundamental bagi kehidupan seperti yang dikenal di Bumi saat ini. Faktanya, ketika mencari planet lain yang layak huni, salah satu faktor utama yang dipertimbangkan adalah konsentrasi oksigen di atmosfer. Saat ini konsentrasi parsial oksigen di atmosfer adalah 21%, nilai ini berfluktuasi selama usia geologis, meskipun dalam kenyataannya baru mulai meningkat sekitar 800 juta tahun yang lalu. Dari saat oksigen merupakan unsur yang melimpah di atmosfer, kompleksitas kehidupan meningkat dengan kecepatan tinggi.
Studi terbaru telah menjelaskan titik penting ini dalam evolusi kehidupan di planet Bumi. Artikel “Origin of marine cyanobacteria” yang diterbitkan dalam Scientific Reports pada bulan Desember 2015 menyoroti asal usul bakteri yang diyakini bertanggung jawab atas oksigenasi atmosfer. Karya ini mengumpulkan filogeni (sejarah evolusi) dari cyanobacteria, kelompok pertama yang diyakini mampu melakukan fotosintesis oksigen.
Untuk mengatur adegan, kehidupan diperkirakan telah dimulai di Bumi antara 4,4 dan 2,7 miliar tahun yang lalu. Bentuk kehidupan ini bersel tunggal dan akuatik. Sekitar 1.000 juta tahun kemudian, kemampuan beberapa organisme untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia muncul. Namun, fotosintesis yang mereka lakukan tidak melepaskan oksigen, O2, ke atmosfer, itu adalah fotosintesis anoksigenik . Untuk ini, cyanobacteria harus berkembang, bakteri uniseluler yang mampu menghasilkan oksigen dalam fotosintesis mereka. Bakteri ini menggunakan oksigen (O2) sebagai reseptor akhir untuk fotosintesis mereka. Bukan karena mereka menciptakan oksigen, tetapi mereka mampu memisahkan oksigen dari air (H2O) dan membentuk gas oksigen (O2).
Bukti geologis menunjukkan hubungan langsung antara keberhasilan evolusi besar cyanobacteria selama Proterozoikum (era geologis yang berlangsung dari 2.500 hingga 542 juta tahun yang lalu). Peningkatan oksigen di atmosfer terkait dengan catatan fosil yang kaya akan formasi bakteri ini. Namun, evolusi awal bakteri ini, yang memberi mereka kunci keberhasilan evolusi dan yang sangat mengubah biokimia planet ini, belum terungkap sampai sekarang.
Secara tradisional dianggap bahwa kehidupan muncul di laut, di mana media berair, kaya akan mineral, akan mendorong munculnya kehidupan. Di sisi lain, diasumsikan bahwa cyanobacteria berevolusi di laut dan diversifikasi mereka adalah pemicu oksigenasi atmosfer. Namun, ada yang tidak sesuai. Apa yang telah terjadi selama hampir 2 miliar tahun antara kemunculan cyanobacteria dan kemunculan oksigen. Studi tersebut menunjukkan, dengan menganalisis urutan DNA dari 131 spesies cyanobacteria, bahwa sebenarnya cyanobacteria tertua yang menghuni sungai dan danau, adalah air tawar. Oleh karena itu, baru setelah mereka beradaptasi dengan kehidupan laut (laut menempati dua pertiga permukaan planet) mereka mampu tumbuh ke jumlah yang signifikan untuk mengubah komposisi gas di atmosfer. Sisa organisme harus cepat beradaptasi dengan oksigen di atmosfer, yang sampai saat itu beracun bagi mereka. Perubahan ini memunculkan peningkatan kompleksitas kehidupan hingga kehidupan multiseluler yang ada saat ini.