Yaşam ve içinde bulunduğu çevre arasındaki ilişki, gezegenin yıllar içinde nasıl yaşanabilir hale geldiğine dair birçok ipucu barındırıyor. Gezegensel yaşanabilirlik, gezegen ve yıldız evrimini yaşamın devamlılığına bağlayan güneş ışığı ve foton ışıma akısından güçlü bir şekilde etkilenir.
Dünyanın jeokimyasal vekil kayıtlarının çoğu eksik. Bu nedenle, yaşanabilirliği ve yaşamın ve çevrelerinin birlikte evrimini etkileyen gezegensel ve güneş faktörlerinin yeniden yapılandırılmasında sınırlamalar vardır.
Molecular Biology and Evolution dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, araştırmacılar, antik mikropların, protein Rodopsinlerin yardımıyla fotosentez için gerekli olan karmaşık biyomoleküller olmadan güneşten bol miktarda enerji elde ettiğini buldular. Proteinin evrimini yeniden yapılandırdılar ve bu çabalar, atmosferleri bizim oksijen öncesi gezegenimize daha çok benzeyen diğer gezegenlerdeki yaşam belirtilerini tanımaya yardımcı olabilir.
Ozon tabakası olmayan antik mikroplar
Bakteriler ve arke adı verilen tek hücreli organizmalar da dahil olmak üzere eski mikroplar, onları güneşin radyasyonundan korumak için ozon tabakası olmayan, esas olarak okyanusal bir gezegende yaşıyorlardı. Bu mikroplar, rodopsinleri geliştirdiler. proteinler güneş ışığını enerjiye dönüştürme ve daha sonra bunları hücresel süreçlere güç sağlamak için kullanma yeteneği ile.
“Dünyanın erken dönemlerinde enerji çok kıt olabilirdi. Bakteriler ve arkeler, fotosentez için gerekli olan karmaşık biyomoleküller olmadan güneşten gelen bol enerjiyi nasıl kullanacaklarını anladılar," diyor araştırmayı açıklayan bir çalışmanın ortak yazarı olan UC Riverside astrobiyoloğu Edward Schwieterman.
Rodopsinlerin Önemi
Rodopsinler, insan gözündeki ışık ve karanlık arasında ayrım yapmamızı ve renkleri görmemizi sağlayan çubuklar ve konilerle ilgilidir. Ayrıca modern organizmalar ve canlı renklerden oluşan bir gökkuşağı sunan tuz göletleri gibi ortamlar arasında yaygın olarak dağılırlar.
"Işığa duyarlı proteinler, hücre içi kimyasal durumları, hücre dışı substrat mevcudiyetini ve güneş ışınımını birbirine bağlayan anahtar aracılardır. Bu biyomoleküller, jeolojik kayıtlarda doğrudan kaydedilmeyen eski fiziksel parametreleri izlemek için umut verici bir sistem oluşturmaktadır. Dünyadaki bilinen tüm fototrofik metabolizmalar, ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren üç enerji dönüştürücü pigmentten birine dayanır. Bu pigmentler arasında klorofiller, bakteriyoklorofiller ve retina bulunur. Rodopsinler olarak bilinen retina bazlı pigment proteinleri Archaea, Bacteria, Eukarya ve dev virüslerde bulunmuştur.” Çalışma bahseder.
Araştırmacılar, dünyanın her yerinden rodopsin protein dizilerini analiz etmek için makine öğrenimini kullandılar ve zaman içinde nasıl geliştiklerini izlediler. Ardından, 2.5 ila 4 milyar yıl öncesinden rodopsinleri ve muhtemelen karşılaşacakları koşulları yeniden yapılandırmalarına izin veren bir tür soy ağacı oluşturdular.
“Bildiğimiz şekliyle yaşam, yaşamın kendisi kadar gezegenimizdeki koşulların da bir ifadesidir. Bir molekülün antik DNA dizilerini dirilttik ve bu, geçmişin biyolojisi ve çevresiyle bağlantı kurmamızı sağladı” dedi.
"Birçok torunun DNA'sını yeniden üretmek gibi. DNA onların dedesi. Sadece büyükanne ve büyükbaba değil, milyarlarca yıl önce dünyanın her yerinde yaşayan küçük şeyler” dedi Schwieterman.
Modern rodopsinler mavi, yeşil, sarı ve turuncu ışığı emer ve absorbe etmedikleri ışık veya tamamlayıcı pigmentler nedeniyle pembe, mor veya kırmızı görünebilir. Bununla birlikte, ekibin yeniden yapılandırmalarına göre, antik rodopsinler esas olarak mavi ve yeşil ışığı emecek şekilde ayarlandı.
Antik Dünya henüz bir ozon tabakasının yararına sahip olmadığı için, araştırma ekibi, milyarlarca yıllık mikropların, yüzeydeki yoğun UVB radyasyonundan korunmak için su sütununda metrelerce aşağıda yaşadığını teorize ediyor.
Mavi ve yeşil ışık suya en iyi şekilde nüfuz eder, bu nedenle en eski rodopsinlerin öncelikle bu renkleri absorbe etmesi muhtemeldir. "Bu, korumalı olmanın ve hala ışığı absorbe edebilmenin en iyi kombinasyonu olabilir. enerji"dedi Schwieterman.
2 milyar yıldan daha uzun bir süre önce gerçekleşen Büyük Oksidasyon Olayından sonra, Dünya'nın atmosferi oksijen miktarında bir artış yaşamaya başladı. Ek olarak oksijen ve atmosferdeki ozon, rodopsinlerin ek ışık renklerini emmek üzere evrimleşmesine neden oldu.
Günümüzde Rodopsinler, bitkilerdeki klorofil pigmentlerinin yapamadığı ışık renklerini absorbe edebilmektedir. Tamamen ilgisiz ve bağımsız ışık yakalama mekanizmalarını temsil etmelerine rağmen, spektrumun tamamlayıcı alanlarını emerler.
Schwieterman, "Bu, bir grup organizmanın diğeri tarafından emilmeyen ışığı kullanması nedeniyle birlikte evrimi akla getiriyor" dedi. "Bunun nedeni, önce rodopsinlerin gelişip yeşil ışığı süzmesi, dolayısıyla klorofillerin daha sonra geri kalanını emmek için gelişmesi olabilir. Ya da tam tersi olabilirdi.”
Ekip, sentetik biyoloji tekniklerini kullanarak bir laboratuvarda model rodopsinleri diriltmeyi umuyor.
"Modern genomların içindeki antik DNA'yı tasarlıyoruz ve böcekleri milyonlarca yıl önce yaptıklarına inandığımız şekilde davranmaları için yeniden programlıyoruz. Rodopsin, laboratuvar zaman yolculuğu çalışmaları için harika bir aday” dedi.
Sonuç olarak ekip, bu çalışma için kullandıkları tekniklerin sunduğu araştırma olanaklarından memnun.
Çalışmanın sınırlandırılması
Derin jeolojik geçmişten gelen diğer yaşam belirtilerinin fiziksel olarak korunması gerektiğinden ve yalnızca bazı moleküller uzun süreli korumaya uygun olduğundan, yaşam tarihinin şimdiye kadar araştırmacıların erişemediği birçok yönü vardır.
çalışmanın önemi
Kacar, "Çalışmamız, enzimlerin davranışsal geçmişlerinin, geleneksel moleküler biyolojik imzaların olmadığı şekillerde evrimsel yeniden yapılandırmaya uygun olduğunu ilk kez gösteriyor." Dedi.
Ekip, araştırmalarının diğer yerlerde yaşam belirtileri aramaya yardımcı olabileceğini umuyor. gezegenler.
“Erken Dünya, bugünkü dünyamıza kıyasla yabancı bir ortam. Buradaki organizmaların zamanla ve farklı ortamlarda nasıl değiştiğini anlamak, bize başka yerlerdeki yaşamı nasıl arayacağımız ve tanıyacağımız konusunda çok önemli şeyler öğretecek, "dedi Schwieterman.
Dergi Referansı
- Cathryn D. Sephus, Evrim Fer, Amanda K. Garcia, Zachary R. Adam, Edward W. Schwieterman, Betül Kaçar. Ancestral Mikrobiyal Rodopsinler Tarafından İncelenen En Erken Fotik Bölge Nişleri. Molecular Biology and Evolution, Cilt 39, Sayı 5, Mayıs 2022, msac100, DOI: 10.1093/molbev/msac100
