Cyanobacteria

اکسیژن از ۳.۵ میلیارد سال پیش وجود داشته است!

میکروب ها در طول تاریخ زمین توانسته اند از طریق فتوسنتز، اکسیژن را حداقل یک میلیارد سال قبل تولید کنند. این یافته می توانند ایده هایی را درباره چگونگی و زمان این زندگی پیچیده ای که بر روی زمین تکامل یافته است، تغییر دهد و چقدر این احتمال وجود دارد که این زندگی در سیارات دیگر بتواند تکامل پیدا کند.

اکسیژن موجود در جو زمین برای فرم های پیچیده زندگی ضروری است که از آن در طی تنفس هوازی برای تولید انرژی استفاده می شود. سطح اکسیژن به طور چشمگیری در حدود ۲٫۴ میلیارد سال پیش در جو زمین افزایش یافت، اما چرا این اتفاق در آن زمان رخ داد، موضوع این تحقیق است.

برخی از دانشمندان بر این باورند که ۲٫۴ میلیارد سال پیش زمانی است که موجوداتی به نام سیانوباکتری تکامل یافته اند که می تواند باعث تولید اکسیژن در فرآیند فتوسنتز شود. دیگر دانشمندان معتقدند که سیانوباکترها ۲٫۴ میلیارد سال پیش تکامل یافتند اما یک چیز دیگری وجود دارد که از تجمع اکسیژن در هوا جلوگیری می کند. سیانوباکترها به یک شکل نسبتاََ پیچیده از اکسیژن فتوسنتزی را تولید می کنند. (همان نوع فتوسنتز است که امروزه همه گیاهان انجام می شود.)

به همین دلیل پیش بینی شده است که اشکال ساده فتوسنتز اکسیژن ممکن است قبل از سیانوباکترها وجود داشته باشد، که منجر به پایین بودن اکسیژن در دسترس برای زندگی در آن زمان می شود. در حال حاضر، یک تیم تحقیقاتی تحت سرپرستی امپریال کالج لندن دریافت که فتوسنتز اکسیژنی حداقل یک میلیارد سال قبل از ایجاد سیانوباکتر ایجاد شده است. نتایج آنها نشان می دهد که فتوسنتز اکسیژنی ممکن است خیلی در قبل از ۴٫۵ میلیارد سال عمر زمین تکامل یافته باشد.


بیشتر بخوانید: وجود آب مایع حاوی اکسیژن در مریخ، حتی بیش از زمین!


نویسنده شاخص این تحقیق دکتر تانای کاردونا از بخش علوم زندگی امپریال کالج، گفت:

ما می دانیم که سیانو باکترها بسیار قدیمی هستند، اما ما قدمت دقیق این گونه را نمی دانیم. برای مثال، اگر سیانوباکترها ۲٫۵ میلیارد ساله باشند به این معنی می باشد که فتوسنتز اکسیژنی ممکن است از ۳٫۵ میلیارد سال پیش آغاز شده باشد.

این موضوع نشان می دهد که چندین سال برای انجام یک فرآیند مانند فتوسنتز اکسیژنی که بعد از مبدا زندگی آغاز می شود، امکان پذیر نمی باشد.

اگر فتوسنتز اکسیژنی در اوایل هنگام تکامل یافت، می تواند به این معنی باشد که یک روند نسبتا ساده برای تکامل شکل گرفته است. احتمالاََ زندگی پیچیده در حال ظهور در یک سیاره دور افتاده ممکن است بسیار بالا باشد. این کار برای دانشمندان دشوار است وقتی اولین تولیدکنندگان اکسیژنی که تکامل پیدا کرده اند را با استفاده از تاریخچه سنگ در زمین، کشف کنند.

سنگ های قدیمی تر، کمیاب تر هستند و سخت اثبات می شوند که هر میکروب های فسیلی موجود در این سنگ های قدیمی از هر مقدار اکسیژن استفاده یا تولید می کنند. در عوض، این تیم بررسی تکامل دو پروتئین اصلی در فتوسنتز اکسیژنی را بررسی کرد. در مرحله اول فتوسنتز، سیانوباکتری ها از انرژی نور برای تقسیم شدن آب به پروتون، الکترون و اکسیژن با کمک یک ترکیب پروتئینی به نام فوتوسیستم II استفاده می کنند.

فوتوسیستم II از دو پروتئین به نام D1 و D2 تشکیل شده است. در اصل، دو پروتئین یکسان بودند، اما اگرچه ساختارهای بسیار مشابهی دارند، توالی ژنتیکی آنها در حال حاضر متفاوت است. این موضوع نشان می دهد که D1 و D2 به طور جداگانه تکامل یافته اند (در سیانو باکترها و گیاهان تنها ۳۰ درصد از توالی ژنتیکی را به اشتراک می گذارند).

حتی در شکل اولیه آنها، D1 و D2 قادر به انجام فتوسنتز اکسیژنی بودند. بنابراین فهمیدن اینکه چند سال پیش این پروتئین ها یکسان بودند، می توانست نشان بدهد که این توانایی در ابتدا تکامل یافته است.

برای فهمیدن تفاوت در زمان بین D1 و D2 که صد در صد یکسان می باشند و آن دو پروتئین تنها به میزان ۳۰درصد در سیانوباکترها و گیاهان یکسان هستند. این تیم مشخص کرد “چگونه پروتئین ها سریع(از نظر سرعت تکامل) تغییر می کردند؟”

با استفاده از روش آماری قدرتمند و رویدادهای شناخته شده در تکامل فتوسنتز، پژوهشگران دریافتند که پروتئین های D1 و D2 در فوتوسیستم II بسیار آهسته تکامل می یابد. حتی آهسته تر از برخی از قدیمی ترین پروتئین های زیست شناسی می باشد که اعتقاد بر این است که در شکل اولیه زندگی یافت می شود.


بیشتر بخوانید: کشف قدیمی ترین رنگ جهان


از این گذشته، پژوهشگران محاسبه کرده اند که زمان بین پروتئین های مشابه D1 و D2 و نسخه های مشابه ۳۰ درصدی در سیانوباکترها و گیاهان حداقل یک میلیارد سال است و می تواند بیشتر از این مقدار باشد. دکتر کاردونا گفت:

به طور معمول ظاهر فتوسنتز اکسیژنی و سینو باکتری ها یکسان است. بنابراین، پژوهشگران سعی در دانستن زمانی که سیانوباکترهای تکامل یافته اکسیژن را برای نخستین بار تولید می کردند، داشتند. مطالعه ما در عوض نشان می دهد که فتوسنتز اکسیژنی ممکن است به مدت طولانی قبل از آخرین جد سیانوباکتر شروع شده باشد.

این موضوع که با داده های جغرافیایی فعلی مغایر است که نشان می دهد قبل از ۳ میلیارد سال پیش وزش های اکسیژن یا تجمع موضعی ممکن بود. بنابراین، منشاء فتوسنتز اکسیژنی و اجداد سینو باکتری ها، یک مورد مشترک را نشان نمی دهند. فاصله زمانی بین یکی و دیگری می تواند یک فاصله بسیار بزرگ باشد که یک تغییر بزرگ در این چشم انداز می باشد.

در حال حاضر، تیم در حال تلاش برای بازسازی چیزی است که فوتوسیستم قبل از D1 و D2 در ابتدا تکامل یافته است. با استفاده از تغییر شناخته شده در فوتوسیستم در تمام گونه های زنده امروزی، آن ها در حال تلاش برای کنار هم قرار دادن کد ژنتیکی فوتوسیستم اجدادی هستند.

نمره شما به این پست