Zufällige Entdeckung kann auf die Antwort auf eine Hähnchen-oder-Ei-Frage zur Evolution hinweisen

Für Biochemiker ist es die Frage, die die Frage nach dem ersten Mal: ​​Sauerstoffproduktion durch Photosynthese oder Sauerstoffverbrauch durch den aeroben Stoffwechsel?

In der Photosynthese nehmen Algen und Pflanzen Sonnenlicht auf, um Kohlendioxid und Wasser für Wachstum in Kraftstoff zu verwandeln und Sauerstoff als Nebenprodukt freizusetzen. Tiere dagegen verwenden Sauerstoff, um den Brennstoff, den sie verbrauchen, in Energie umzuwandeln und Kohlendioxid auszugeben, ein Prozess, der als Aerobic -Metabolismus bezeichnet wird.

Also, was kam zuerst? Ein neues Papier im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften Einzelheiten zu einer zufälligen Entdeckung durch ein internationales Konsortium von Forschern eines möglichen Moleküls für fehlende Länge, das zu einer Antwort auf die evolutionäre Frage führen kann.

„Von Anfang an hatten wir die Idee, dass dies mit der Entwicklung der Photosynthese und der Fähigkeit, Sauerstoff zu atmen .

Elling, der in Professor Ann Pearsons Labor für molekulare Biogeochemie und organische Geochemie arbeitete, suchte nach spezifischen Molekülen, die nicht mit Fragen zur Entwicklung des aeroben Stoffwechsels in Zusammenhang stehen, als er etwas Ungewöhnliches entdeckte: eine leichte Veränderung eines Moleküls in einem Stickstoffversorgungsbakterium. Nitrospirota, das eher als etwas aussah, das eine Pflanze für Photosynthese als ein benötigte Bakterium.

„Wir haben Bakterien auf ein völlig anderes Projekt untersucht“, sagte Elling, der jetzt an der Fakultät der Universität von Kiel in Deutschland ist.

Was die Forscher gefunden hatten, war Methylplastochinon, eine Variation eines Molekültyps, der als Chinon bezeichnet wurde. In allen Lebensformen wurde angenommen, dass Chinone in zwei grundlegenden Sorten existieren: aerobe Chinone, die Sauerstoff und anaerobe benötigen, die dies nicht tun.

Aerobische Quinone unterteilen weiter in zwei Arten – Seine, die von Pflanzen zur Durchführung der Photosynthese verwendet werden, und eine andere, die von Bakterien und Tieren zum Atmen von Sauerstoff verwendet wird.

„Grundsätzlich verwenden alle Lebensformen Chinone für ihren Stoffwechsel“, erklärte Elling. Es war sehr ungewöhnlich, einen Chinon zu finden, der in einem Bakterium, das Sauerstoff atmet, in einem Bakterium, das Sauerstoff atmet, in der Photosynthese verwendet wird. Methylplastochinon, wie die Forscher feststellten, war ein dritter Typ und möglicherweise ein fehlender Zusammenhang zwischen den beiden.

Die Forschung beleuchtet das sogenannte große Oxidationsereignis. Dieser Zeitraum – vor 2,3 bis 2,4 Milliarden Jahren -, als Cyanobakterien (eine Art von Algen) aufgrund der Photosynthese erhebliche Mengen an Sauerstoff erzeugten, was den aeroben Stoffwechsel ermöglicht hat.

Während diese Entwicklung zu implizieren scheint, dass die Photosynthese zuerst kam, unterstützt die Entdeckung von Methylplastochinon eine weitere Hypothese. Einfach ausgedrückt, einige Bakterien hatten bereits die Fähigkeit, Sauerstoff zu verwenden – selbst bevor Cyanobakterien begann, ihn zu produzieren.

Mit anderen Worten: „Das Huhn und das Ei waren gleichzeitig“, sagte Elling.

Pearson, der PVK -Professor für Künste und Wissenschaften und Murray und Martha Ross Professor für Umweltwissenschaften, in deren Forschung von Labor Elling begann, betonten, dass ein biochemisches Verarbeitungssystem für Sauerstoff beim Aufkommen seiner Generation durch Photosynthese ein großer Schritt sei.

„Die Reaktionen mit Sauerstoff sind sehr schädlich und können für Zellen, die Mechanismen fehlen, um mit den metabolischen Nebenprodukten fertig zu werden“, sagte sie. Obwohl wir sie für selbstverständlich halten, „sind die chemischen Systeme, die wir alle in unseren Zellen anwenden, um unseren aeroben metabolischen Lebensstil zu überleben, eigentlich ziemlich raffiniert.“

Sagen Sie einfach: „So haben wir zu atmen gelernt“, sagte Pearson. „Und sobald Sie Sauerstoff atmen und sicher tun können, ebnet es den Weg für die Diversifizierung des ganzen Lebens, das wir um uns herum sehen.“

Spuren der Diversifizierung von Chinonstrukturen finden Sie in unseren eigenen Körpern, einschließlich der grundlegenden Unterscheidungen zwischen Chinonen in menschlichen Mitochondrien im Vergleich zu Pflanzen.

„Wir denken, was wir gefunden haben, ist die primäre oder angestammte Form dieses Moleküls, die später zwei Formen hatte – eine mit spezifischen Funktionen in den Algen und Pflanzen und die alternative Form in Mitochondrien, die wir heute haben“, sagte Elling.

„Dieses Molekül ist eine Zeitkapsel“, sagte Elling. „Ein lebendiges Fossil eines Moleküls, das über mehr als 2 Milliarden Jahre überlebt hat.“

Diese Geschichte wird mit freundlicher Genehmigung der veröffentlicht Harvard GazetteOffizielle Zeitung der Harvard University. Weitere Informationen zu Universitätsnachrichten finden Sie unter Harvard.edu.