Wie das erste Leben auf der Erde gekämpft, um zu überleben

Die frühesten Zellen waren instabile chemische Systeme, die überlebt durch die Kombination einer Handvoll wackelig auf Kohlenstoff basierende Baugruppen zusammen, sagen Forscher.

Alles Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff. Um lebende Materie aus Carbon zu erstellen, führen Organismen chemische Reaktionen wie Photosynthese, organische Verbindungen aus Kohlendioxid in die Umwelt zu erzeugen. Diese Mechanismen, bekannt als Kohlenstoffspeicherung, bilden die größte Brücke zwischen Erdoberfläche unbelebten Chemie und seines Lebens.

Alle Organismen, die Kohlenstoff zu beheben, tun dies auf eine der sechs Arten. Es war unklar, welche der sechs Arten zuerst da war, und wie ihre Entwicklung mit ökologischen und biologischen Veränderungen verbunden war. Zuordnung der Evolution dieser lebenswichtigen Chemie würde die Wurzeln des Lebens auf der Erde beleuchten.

Jetzt haben Wissenschaftler verfolgt die sechs Methoden der Kohlenstoffspeicherung gesehen im modernen Leben zurück, was einer einzigen überlieferten Form gewesen sein mag.

Forscher erstellt Stammbäume für Kohlenstoff-Befestigung Mechanismen durch die Sammlungen von Genen und Aspekte des Stoffwechsels zugrunde liegen Sie und sehen, wie ähnlich oder anders zu betrachten waren. Aus diesen Mustern der Verbundenheit rekonstruiert sie die komplette Entstehungsgeschichte der Kohlenstoffspeicherung.

Die früheste Leben, offenbar die Kohlenstoffspeicherung durchgeführt, kombiniert mehrere Kohlenstoff-Befestigung Mechanismen miteinander. Diese Redundanz nicht in modernen Zellen gesehen gab Leben eine Robustheit, die für das Fehlen von raffinierte Steuerung kompensiert hatte es über seine interne Chemie. [Fotos: 8 Extreme Kreaturen]

"Es scheint wahrscheinlich, dass die frühesten Zellen klapprigen Baugruppen wurden, deren Teile ständig gestört und brechen,", sagte Forscher Eric Smith, ein Physiker am Santa Fe Institute. "Wie kann jeder Stoffwechsel mit dieser wackeligen Unterstützung aufrecht werden erhalten? Der Schlüssel ist gleichzeitige und konstante Redundanz."

Diese Redundanz war die Gründung der später erstellten die frühesten Hauptzweige in den Baum des Lebens teilt. Z. B. die ersten großen Lebensform aufgeteilt – zwischen den halten der Vorfahren der blau-grüne Algen und die meisten anderen Bakterien und der Zweig, der Archaeen, der anderen großen frühen Gruppe von einzelligen Mikroorganismen enthält — kam mit dem ersten erscheinen der Sauerstoff auf der Erde. Damals Sauerstoff giftig für Organismen, da sie keine Möglichkeit hatten, machen Gebrauch davon. Ausgehenden Gefahr Sauerstoff verursacht diese Zweige auseinander – dieser Linien offenbar Sauerstoff an verschiedenen Punkten in der Geschichte konfrontiert, nachdem sie verschiedene evolutionäre Wege, in die verschiedene Möglichkeiten der Reaktion auf Sauerstoff lang verfolgt hatte.

Nach frühen Zellen mehr Chemikalien verfeinert hatte – zum Beispiel mit Membranen, die ihre Inhalte besser kontrollieren konnte, oder Enzyme, die zur Kontrolle des spezifischen Reaktionen besser waren — Leben entwickelt auf vorhersehbare Weise als Reaktion auf Umweltfaktoren wie erhöhte Basizität von Karbonaten. Dies steht im Gegensatz zu dem gemeinsamen Glauben, dass Glück evolutionäre Innovationen geprägt und zurückspulen und Wiedergeben von evolutionären Geschichte zu einer radikal anderen Baum des Lebens führen könnte.

"Es scheint Basischemie und Physik spielen eine enorme Rolle in der Struktur der frühen Evolution, im Gegensatz zu Dingen wie zufällige Chance", sagte Forscher Rogier Braakman, Chemiker am Santa Fe Institute, LiveScience.

Ungewiss bleibt, ob gab es ein einzigen Vorfahren Organismus, der all diese Mechanismen der CO2-Fixierung besaß, sagte Braakman. "Es könnte sein, dass es eine Gemeinschaft eng gekoppelten Organismen, die regelmäßig ihre Teile welche bestimmten Linien später herkam gab ausgetauscht," sagte er. "Unser Ansatz unterscheidet nicht zwischen einem einzigen Organismus oder eine Gemeinschaft von Organismen an dieser Stelle."

Die Forscher planen, betrachten andere Stoffwechselwege, Aminosäure-Synthese, um Aufschluss über das größere Bild der frühen Evolution.

Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse diese Woche in der Fachzeitschrift PLoS Computational Biology.