Gaano “kalaki” ang malaking kaganapan sa antioxidant? Kapag ang mga organismo ay unang nagsimulang gumamit ng oxygen, ang enzyme na “family tree” ay pinakawalan

Ang nasabing mga nakatali na bakal na deposito ay may mga bakas ng malalaking antioxidant. Kredito: Weissman Science Institute

Ang panonood ng ebolusyon ng enzyme ay natuklasan kung paano gamitin ang oxygen bago pa ang pangunahing kaganapan.

Mga 2.5 bilyong taon na ang nakalilipas, ang ating planeta ay sumailalim sa pinakamalaking pagbabago sa kasaysayan nito: ayon sa talaang pangheograpiya, ang molekular oxygen ay biglang magagamit saanman nang libre. Ang katibayan ng isang “mahusay na kaganapan sa antioxidant” (GOE) ay maliwanag, halimbawa, sa mga umiiral na mga iron system na naglalaman ng antioxidant iron. Siyempre, pinayagan ng GOE ang mga organismo na gumagamit ng oxygen – ang kagamitan sa paghinga – at sa huli ay ating sarili, na umunlad. Ngunit ito ba ay talagang isang “malaking kaganapan”, ang pagbabago bang iyon ay nangangahulugang isang bagay na marahas at biglaang, o ang mga organismo ay gumagamit na ng libreng oxygen sa isang mababang antas sa oras?

Si Dan Tawfiq, isang propesor ng agham biomolecular sa Oysman Institute of Science, ay nagpapaliwanag na ang pakikipag-date ni GOE ay hindi maikakaila, pati na rin ang molekular oxygen photosynthesis ay ginawa ng mga mikroorganismo. Sa kemikal, ang mga proton ng enerhiya (mga hydrogen ions) at oxygen na kinuha mula sa ilaw at tubig. Ang mga electron na nagawa sa prosesong ito ay ginamit upang bumuo ng mga compound na nakakatipid ng enerhiya (sugars), at oxygen, isang by-product ay unang inilabas sa kapaligiran.

Don Tawfiq at Jakota Zapoyoska

Propesor. Don Tawfiq at Jakota Zapoyoska. Kredito: Weissman Science Institute

Gayunpaman, ang hindi nalutas na tanong ay: Ang paggawa ba ng oxygen ay sumusunod sa GOE, o maaari bang may access ang mga organismo sa oxygen bago ang kaganapang iyon? Ang isang bahagi ng talakayang ito ay nagsasaad na ang molekular oxygen ay hindi magagamit bago ang GOE sapagkat tiyakin na ang anumang oxygen na inilabas ng photosynthesis ng kemikal ng himpapawid at mga karagatan bago ang oras na iyon ay agad na mag-react. Gayunpaman, ang pangalawang pahina ng talakayan ay nagpapahiwatig na ang ilan sa oxygen na ginawa ng photosynthetic microorganisms ay maaaring matagal nang malaya para sa mga non-photosynthetic na organismo na kunin ito para sa kanilang sariling gamit, kahit bago pa ang GOE. Maraming mga pagpapalagay ang iminungkahi sa pagitan ng dalawang “oase” o panandaliang “alon” na ito ng atmospheric oxidation.

Si Jakota Zapoyoska, isang mag-aaral sa pagsasaliksik sa grupong Tawfiq, ay inisip na ang pokus ng pangkat – ebolusyon ng protina – ay maaaring makatulong na malutas ang problema. Iyon ay, maaari din siyang makahanap ng tawfiq kapag ang mga organismo ay nagsisimulang magproseso ng oxygen, na gumagamit ng mga pamamaraan upang malaman kung paano at kailan nabubuo ang iba’t ibang mga protina. Ang nasabing mga puno ng filogogeniko ay malawakang ginagamit upang malutas ang kasaysayan ng mga species, o pamilya ng tao, ngunit pati na rin ng mga pamilya ng protina, at nagpasya si Zapayoska na gumamit ng isang katulad na diskarte upang makita ang ebolusyon ng mga oxygen na nakabatay sa oxygen.

Punong pamilya ng enzyme

Nang ang mga organismo ay unang nagsimulang gumamit ng oxygen, ang enzyme na “family tree” ay lumitaw. Kredito: Weissman Science Institute

Upang simulan ang pag-aaral, pumila ang Zapoyoska ng halos 130 pamilya ng mga kilalang mga enzyme na gumagawa o gumagamit ng oxygen sa bakterya at archaea – ang Archaean ion (ang panahon sa pagitan ng pinagmulan ng buhay, mga 4 na bilyong taon na ang nakalilipas, at GOE). Pinili niya ang kalahati ng mga ito, kung saan ang kilos ng paggamit o pagpapatalsik ng oxygen ay nakita ng karamihan o lahat ng mga miyembro ng pamilya at tila isang aktibidad na nagtatatag. Iyon ay, ang unang miyembro ng pamilya ay malantad sa oxygen enzyme. Mula sa mga ito, pinili niya na ang kasaysayan ng ebolusyon ng 36 katao ay maaaring tiyak na masusundan. “Siyempre, hindi ito ganoon kadali,” sabi ni Tawfiq. “Ang ilang mga organismo ay maaaring mawalan ng mga gen at pagkatapos ay magbabago pagkatapos na sila ay maging kasapi. At ang mga microbes ay nagbabahagi ng mga gen nang pahalang, nakalilito ang mga puno ng filogogeniko at labis na pag-overestimate sa edad ng enzyme. Sa partikular, kailangan naming i-edit.”

Ang mga puno ng phylogenetic na sa wakas ay nakuha ng mga mananaliksik ay nagpakita ng ebolusyon na batay sa oxygen na enzyme mga 3 bilyong taon na ang nakalilipas – katulad ng kalahating bilyong taon bago ang GOE. Sinasabi ng mga siyentipiko na karagdagang tuklasin ang timeline na ito na sumabog ito mula noong oras na nagsimulang iwanan ng bakterya ang mga karagatan at kolonya ang lupain, sa halip na sumunod sa pagkuha ng atmospheric oxygen. Ang ilang mga enzyme na gumagamit ng oxygen ay matatagpuan pa rin sa di kalayuan. Kung ang paggamit ng oxygen ay tugma sa GOE, kung gayon ang mga enzyme na gumagamit nito ay umunlad sa paglaon, kaya ipinapakita ng mga natuklasan na sa oras ng GOE, suportado na ng oxygen ang maraming kilalang uri ng buhay.

Ang pag-aaksaya ng isang microbe ay isang mabubuhay na mapagkukunan ng buhay para sa iba pa.

Ang eksenang ipinakita ni Zapoyoska at Tawfiq ay ang mga sumusunod: Ang oxygen ay isa sa mga pinaka-reaktibong sangkap ng chemically. Tulad ng isang dulo ng isang baterya, agad itong tumatanggap ng mga electron, sa gayon ay nagbibigay ng karagdagang metabolic power. Maaari itong maging napaka-epektibo para sa maraming mga form sa buhay, ngunit maaari ding mapanganib. Kaya’t ang mga photosynthetic na organismo at iba pang mga organismo na naninirahan malapit sa kanila ay kailangang makabuo ng mga paraan upang mas mabilis na mapalabas ang oxygen. Ito ay dahil sa paglitaw ng mga enzyme na gumagamit ng oxygen upang matanggal ang molekular oxygen mula sa mga cells. Gayunpaman, ang basurang microbial ay mapagkukunan ng buhay ng iba. Ang natatanging reaktibiti ng oxygen ay pinagana ang mga organismo at magamit ang mga “kakayahang umangkop” na mga molekula tulad ng mga halimuyak at lipid, kaya’t ang mga enzyme na kumukuha ng oxygen ay mabilis na nagsimulang mabuo.

Tawfiq: “Kinukumpirma nito ang teorya na ang oxygen ay lumitaw at tumagal sa biosfer bago ang GOE. Tumagal ng oras upang maabot ang mas mataas na mga antas ng GOE, ngunit sa panahong iyon ang oxygen ay malawak na kilala sa biosfera. “

Zapoyoska: “Ang aming pagsasaliksik ay nagtatanghal ng isang bagong mekanismo para sa paglitaw ng oxygen, at nakakatulong ito sa amin na maunawaan kung paano kilala ang buhay ngayon.”

Tandaan: “Ang ebolusyon ng mga enzyme na gumagamit ng oxygen ay nagpapahiwatig ng maagang biospheric oxidation” nina Jakota Zapoyoska at Dan S. Tawfiq, 25 Pebrero 2021, Likas na Ekolohiya at Ebolusyon.
DOI: 10.1038 / s41559-020-01386-9

Sinusuportahan ng Zuckerman STEM Leadership Program ang pagsasaliksik ni Propesor Dan Tawfiq. Si Propesor Tawfiq Nella at Propesor Leon Benozio ang mga tagapangulo.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.