Az oxigén teszi ki a Föld légkörének 21% -át, és lélegezni kell. Az ősi baktériumok olyan védő enzimeket fejlesztettek ki, amelyek megakadályozták az oxigént, hogy károsítsák a DNS-t, de milyen evolúciós ösztönzővel kellett ezt megtenniük? A kutatók felfedezték, hogy a jeges jég felületét érintő ultraibolya fény szabadíthat fel molekuláris oxigént. Az e jég közelében élő baktériumtelepeknek szükségük lett volna ennek a védekezésnek a kifejlesztésére. Ezután jól felszereltek, hogy képesek legyenek kezelni más baktériumok által termelt légköri oxigént, amelyek általában toxikusak.
Két és fél milliárd évvel ezelőtt, amikor evolúciós őseink alig több mint egy csillám volt a baktérium plazmamembránjában, a fotoszintézisnek nevezett folyamat hirtelen megszerezte azt a képességét, hogy molekuláris oxigént szabadítson fel a Föld légkörébe, ami az egyik legnagyobb környezeti változást okozta a bolygónk története. A felelős szervezetek a cianobaktériumok, amelyekről ismert, hogy a víz, a szén-dioxid és a napfény oxigénné és cukorré alakításával képesek fejlődni, és ma is körül vannak a kék-zöld algák és a kloroplasztok formájában az összes zöld növényben.
A kutatók azonban régóta zavarba ejtik, hogy a cianobaktériumok miként képesek az oxigént előállítani anélkül, hogy magukat mérgezzék. Annak elkerülése érdekében, hogy DNS-t megsemmisítsék egy hidroxilcsoport, amely természetesen előfordul az oxigéntermelésben, a cianobaktériumoknak védő enzimeket kellett volna kifejleszteniük. De hogyan vezethette a természetes szelekció a cianobaktériumokat ezeknek az enzimeknek a kifejlesztéséhez, ha még nem létezett ilyen igény?
A Kaliforniai Technológiai Intézet két kutatócsoportja magyarázatot ad arra, hogy a cianobaktériumok hogyan tudták elkerülni ezt a látszólag reménytelen ellentmondást. A Nemzeti Tudományos Akadémia (PNAS) december 12-i folyóiratában beszámolva, amely ezen a héten elérhető online, a csoportok bebizonyítják, hogy a jeges jég felületét sújtó ultraibolya fény fagyasztott oxidánsok felhalmozódásához és a molekuláris oxigén végső felszabadításához vezethet a óceánok és légkör. Ez a méregcsepp az oxigén-védő enzimek fejlődését válthatja ki sokféle mikrobában, beleértve a cianobaktériumokat is. Yuk Yung, a bolygótudomány professzora és Joe Kirschvink, a Van Wingen geobiológiai professzor szerint az UV-peroxid oldat „meglehetősen egyszerű és elegáns”.
"Mielőtt az oxigén megjelenik a légkörben, nem volt ózonszűrő, amely megakadályozná az ultraibolya fény bejutását a felszínre" - magyarázza Kirschvink. „Amikor az ultraibolya fény eléri a vízgőzöt, ennek egy részét hidrogén-peroxiddá alakítja, mint például a szupermarketben vásárolt hajfehérítéshez használt cucc, plusz egy kevés hidrogéngáz.
„Általában ez a peroxid nem tart sokáig a hátsó reakciók miatt, de a jegesedés során a hidrogén-peroxid a víz fagypontja alatt egy fokkal lefagy. Ha az UV-fény behatolt volna a gleccser felületére, akkor kis mennyiségű peroxid csapdába esett volna a jeges jégben. " Ez a folyamat manapság Antarktiszon történik, amikor az ózonlyuk kialakul, lehetővé téve, hogy az erős UV-fény eljusson a jéghez.
Mielőtt bármilyen oxigén lenne a Föld légkörében vagy bármilyen UV-képernyőn, a jeges jég lefelé áramlott volna az óceán felé, megolvadt volna, és nyomnyi mennyiségű peroxidot bocsátott volna ki közvetlenül a tengervízbe, ahol egy másik típusú kémiai reakció a peroxidot vízbe konvertálta volna. és oxigén. Ez távol esett az UV-fénytől, amely elpusztítaná az organizmusokat, de az oxigén olyan alacsony volt, hogy a cianobaktériumok elkerülhetik az oxigénmérgezést.
„Az óceán gyönyörű hely volt az oxigénvédő enzimek fejlődéséhez” - mondja Kirschvink. "És amint a védő enzimek a helyükön voltak, előkészítette az utat mind az oxigén fotoszintézis fejlődéséhez, mind az aerob légzéshez, hogy a sejtek valóban oxigént lélegezzenek, mint mi."
Az elmélet bizonyítéka Danie Liang, a Caltech bolygótudományának közelmúltbeli diplomájával vezetett vezető szerző számításaiból származik, aki jelenleg a Tajvani Tajpejben, az Academia Sinica Környezetváltozási Kutatóközpontjában van.
Liang szerint a Makganyene Snowball Earth néven ismert komoly fagyás 2,3 milliárd évvel ezelőtt történt, nagyjából akkor, amikor a cianobaktériumok fejlesztették oxigéntermelő képességüket. A Hógolyó Föld epizódja során elegendő mennyiségű peroxid tárolódhatott ahhoz, hogy majdnem annyi oxigént termeljen, mint amilyen a légkörben jelenleg van.
További bizonyítékként ez a becsült oxigénszint is elegendő a Kalahari mangánmező dél-afrikai lerakódásának magyarázatához, amely az egész világban a mangán gazdasági tartalékának 80% -át teszi ki. Ez a lerakódás közvetlenül a Makganyene hógolyó utolsó geológiai nyomainak tetején fekszik.
"Régebben azt hittük, hogy a jegesedés után cianobaktérium virágzik, amely a mangánt kiürítette a tengervízből" - mondja Liang. "De valószínűleg egyszerűen a peroxid bomlásából származó oxigén volt a hógolyó után, amely ezt megtette."
Kirschvink, Yung és Liang mellett a többi szerző Hyman Hartman a MIT Orvostudományi Központjáról és Robert Kopp, a Caltech geobiológiai hallgatója. Hartman, valamint Chris McKay, a NASA Ames Kutatóközpontja, korai támogatói voltak annak a szerepnek, amelyet a hidrogén-peroxid játszott az oxigén fotoszintézis eredetében és fejlődésében, ám nem tudtak azonosítani egy jó szervetlen forrást a Föld preambriai környezetében.
Eredeti forrás: Caltech sajtóközlemény
