Urerde: الأكسجين قبل الطحالب الخضراء الزرقاء الأولى؟

بروتين صور أنتج بالفعل 3.5 مليار سنة الأكسجين

حتى قبل مليار سنة من أول Cyamnobacteria ، كانت الميكروبات تنتج الأكسجين. © غير محدد / iStock
قراءة بصوت عال

في وقت مبكر من المستغرب: قبل حوالي مليار سنة من البكتيريا الزرقاء الأولى ، كانت الميكروبات البدائية قد أنتجت الأكسجين. لأن لديهم سلفًا مبكرًا للبروتينات التي تؤدي بها النباتات اليوم عملية التمثيل الضوئي. لقد اكتشف الباحثون هذا عندما أعادوا بناء تطور بروتينات النظام الضوئي. نتائجهم يمكن أن تفسر أيضا من أين جاء أول أوكسجين من الأرض.

منذ حوالي 2.4 مليار ، خضع جو الأرض لتحول كبير: بدأت البكتيريا الزرقاء لإنتاج كميات كبيرة من الأكسجين عن طريق التمثيل الضوئي ، مما تسبب في زيادة محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي بسرعة. مجرد حيرة: تشير الصخور الرسوبية البدائية إلى أنه كان هناك بالتأكيد أكسجين على الأرض قبل فترة طويلة من إزهار الزهرة الزرقاء ، على الرغم من أنه ليس بنفس القدر الذي يحدث اليوم.

لغز حول الأكسجين المبكر

ولكن من أين جاء هذا الأكسجين؟ يشتبه بعض الباحثين في أن البكتيريا الزرقاء قد تكونت في وقت مبكر عما كان يعتقد سابقًا أو أن العمليات اللاأحيائية مثل انشقاق ثاني أكسيد الكربون بواسطة الضوء يمكن أن تصدر أول أوكسجين. يرى آخرون أن إنتاج الأكسجين بواسطة البكتيريا ذات الخلايا الضوئية الحمراء البنفسجية يكون أكثر احتمالا.

اكتشف تاناي كاردونا من كلية إمبريال بلندن وفريقه إمكانية أخرى. لدراستهم ، أعادوا بناء تطور البروتينين الأساسيين للنظام الضوئي الثاني. أشارت دراسات سابقة إلى أن كلا البروتينين يعودان إلى جزيء واحد فقط - وهذا يمكن أن يكون أول من ساعد في الوصول إلى شكل بسيط من الإشعاع الضوئي مع إطلاق الأكسجين.

يشكل البروتينان D1 و D2 نواة النظام الضوئي II Pisum / المجال العام

مليار سنة قبل البكتيريا الزرقاء

لكن السؤال الكبير كان متى ظهرت هذه السلائف التي تعود إلى عصور ما قبل البروتين المنتجة للأكسجين؟ لمعرفة ذلك ، قارن الباحثون تسلسل الأحماض الأمينية لبروتيني النظام الضوئي الحاليين في مختلف النباتات والطحالب والبكتيريا. من الاختلافات بين الأنساب ذات الصلة أكثر وأقل ، أعادوا بناء المعدل الذي يجب أن يكون البروتينات قد تباعدت could وبالتالي يمكن تقدير وقت وجود بروتين السلائف المشترك. عرض

النتيجة: "تظهر دراستنا أن الجزء الذي ينتج الأكسجين من التمثيل الضوئي نشأ قبل وقت طويل من البكتيريا الزرقاء الأولى" ، كما يقول كاردونا. "قبل ما يقرب من مليار عام قبل أن يبدأ سلف الطحالب الخضراء المزروعة عملية التمثيل الضوئي ، كان هناك نظام ضوئي في أوائل العصور القديمة يمكن أن يقسم الماء." كانت هذه المخلوقات الأولى قد استخدمت أشعة الشمس لإنتاج الماء و CO2 توليد الأكسجين واكتساب الطاقة.

"تغيير كبير في أفكارنا

قد يوفر هذا السيناريو مزيدًا من التفسير لسبب وجود أكسجين على الأرض حتى قبل الأوكسجين الكبير قبل أكثر من 2.4 مليار عام ، ولكن ليس بما يكفي للقيام بذلك Uratmosph re تتغير بقوة. على الرغم من أن سلائف بروتين النظام الضوئي يمكن أن تنتج الأكسجين بالفعل ، إلا أنه ربما لا يزال غير فعال نسبيا ، كما أوضح الباحثون. فقط عندما ظهر النموذجان الفرعيان ، حدث هذا التغيير.

يقول كاردونا: "هذا يعني أن أصل عملية التمثيل الضوئي المنتجة للأكسجين وتطور البكتيريا الزرقاء ليست هي نفسها - بل قد تكون هناك فجوة زمنية طويلة بين الحدثين". "هذا تغيير هائل في أفكارنا ووجهات نظرنا." (علم الجيولوجيا ، 2018 ؛ دوي: 10.1111 / gbi.12322)

(امبريال كوليدج لندن ، 28.11.2018 - NPO)