Molekül, das Atem des ersten Erdenleben entdeckt gegeben haben kann

Erdoberfläche ersten Moleküle Sauerstoff, führte zu die Entwicklung des Lebens auf dem Planeten, auf einem neu entdeckten Enzym verlassen haben können, berichten Wissenschaftler in dieser Woche.

Rund 2,4 Milliarden Jahren erlebt die Planeten einen riesigen Anstieg der atmosphärischen Sauerstoff-Niveaus. Wissenschaftler haben lange gehalten, dass dieser Anstieg der Sauerstoff, genannt das große Ereignis der Sauerstoffversorgung, bis zur Ankunft der ersten photosynthetischen Organismen gebunden war. (Sauerstoff ist ein Nebenprodukt der Photosynthese, die Sonnenlicht nutzt, um Kohlendioxid zu zuckerhaltigen Lebensmitteln zu machen.) Aber niemand wusste, warum dieser Sauerstoff produzierenden Organismen in erster Linie entstanden.

"Sauerstoff ist giftig, also warum würde ein lebender Organismus erzeugen Sauerstoff?" Hauptautor der Studie Gustavo Caetano-Anollés, Biologe an der University of Illinois, sagte in einer Erklärung. "Etwas muss dies ausgelöst haben."

Um auf den Grund des Geheimnisses zu erhalten, analysierten Caetano-Anollés und seine Kollegen Protein Falten in fast 1.000 Organismen in allen Bereichen des Lebens. Eine Falte, Caetano-Anollés erklärte, strukturell und funktionell eigenständige Region für ein Protein, das von Mutationen oder andere Änderungen an der Aminosäuren, aus denen sich das Protein in der Regel nicht betroffen ist. Durch diese Konsistenz sind Protein Falten zuverlässiger Marker für langfristigen evolutionären Muster.

Mit ihrer Analyse erstellt die Forscher eine Chronologie der Protein-Geschichte, die sie mit verschiedenen mikrobielle Fossilien kalibriert. Sie fanden heraus, dass die ältesten Sauerstoff-basierten Prozess die Produktion von Pyridoxal, die aktive Form von Vitamin B6 beteiligt, das ist wesentlich für die Aktivität vieler Protein-Enzyme im Körper.

Also wie haben alten Organismen wesentlich Pyridoxal? Die Forscher stammen aus Pyridoxal rund 2,9 Milliarden Jahren der gleichen Zeit, die das Enzym Mangan Katalase erschienen.

Mangan Katalase bricht Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff – frühe Organismen können über dieses Enzym kommen haben, wenn mit ökologischen Wasserstoffperoxid, die einige Geochemiker glaube war zu der Zeit reichlich in der Erde Gletscher und erschien durch die Bombardierung der Sonnenstrahlung zu bewältigen versucht. Die Organismen haben im Wesentlichen den Sauerstoff Pyridoxal durch den Abbau der Gletscher Wasserstoffperoxids mit Mangan Katalase produzieren mussten.

Caetano-Anollés stellt fest, dass die Ergebnisse in anderen Studien, die darauf hindeutet, dass Sauerstoff-basierte Atmung 300 Millionen bis 400 Millionen Jahre vor dem Großereignis der Oxidation begann passen. Das Timing funktioniert weil Sauerstoffproduktion wahrscheinlich lange vor der Sauerstoff-Spike auftrat, sagte er.

Mit seiner Fähigkeit, Wasserstoffperoxid zu zersetzen und erzeugen Sauerstoff ist Mangan Katalase wahrscheinlich die "molekulare Ursache für den Aufstieg der Sauerstoff auf dem Planeten" Caetano-Anollés sagte.

Die Studie wurde im Journal Struktur Jan. 10 veröffentlicht.