Oksijen, Dünya atmosferinin% 21'ini oluşturuyor ve nefes almamız gerekiyor. Eski bakteriler, oksijenin DNA'larına zarar vermesini önleyen koruyucu enzimler geliştirdi, ancak bunu yapmak için hangi evrimsel teşviğe ihtiyaçları vardı? Araştırmacılar, buzul buzunun yüzeyine çarpan ultraviyole ışığın moleküler oksijeni serbest bırakabileceğini keşfettiler. Bu buzun yakınında yaşayan bakteri kolonilerinin bu koruyucu savunmayı geliştirmesi gerekecekti. Daha sonra normalde toksik olan diğer bakteriler tarafından üretilen atmosferik oksijenin büyümesini idare etmek için iyi bir donanıma sahiptiler.
İki buçuk milyar yıl önce, evrimsel atalarımız bir bakterinin plazma zarında bir pırıltıdan biraz daha fazla olduğunda, fotosentez olarak bilinen süreç aniden Dünya atmosferine moleküler oksijen salma yeteneği kazandı ve bu da en büyük çevresel değişikliklerden birine neden oldu. gezegenimizin tarihi. Sorumlu olduğu düşünülen organizmalar, suyu, karbondioksiti ve güneş ışığını oksijene ve şekere dönüştürme yeteneğini geliştirdiği bilinen ve günümüzde hala tüm yeşil bitkilerde mavi-yeşil algler ve kloroplastlar olan siyanobakterilerdi.
Ancak araştırmacılar, siyanobakterilerin tüm bu oksijeni kendilerini zehirlemeden nasıl yapabildikleri konusunda uzun süredir şaşkın. DNA'larının, oksijen üretiminde doğal olarak oluşan bir hidroksil radikali tarafından enkaza uğramasını önlemek için, siyanobakterilerin koruyucu enzimler geliştirmesi gerekirdi. Ancak doğal seçilim, siyanobakterilerin, henüz ihtiyaç duyulmamış olsa bile, bu enzimleri geliştirmesine nasıl yol açabilirdi?
Şimdi, California Teknoloji Enstitüsü'ndeki iki grup araştırmacı, siyanobakterilerin bu görünüşte umutsuz çelişkiden nasıl kaçınabileceğine dair bir açıklama sunuyor. 12 Aralık'ta bildirilen Ulusal Bilimler Akademisi (PNAS) Bildirileri ve bu hafta çevrimiçi olarak sunulan gruplar, buzul buzunun yüzeyine çarpan ultraviyole ışığın donmuş oksidanların birikmesine ve sonunda moleküler oksijen birikmesine yol açabileceğini gösteriyor. okyanuslar ve atmosfer. Bu zehir damlası, siyanobakteriler dahil olmak üzere çeşitli mikroplarda oksijen koruyucu enzimlerin evrimini sağlayabilir. Gezegen bilimi profesörü Yuk Yung ve Van Wingen Jeobiyoloji Profesörü Joe Kirschvink'e göre, UV-peroksit çözümü “oldukça basit ve zariftir”.
Kirschvink “Atmosferde oksijen ortaya çıkmadan önce ultraviyole ışığın yüzeye çarpmasını engelleyen ozon ekranı yoktu” diye açıklıyor. “UV ışığı su buharına çarptığında, saçın ağartılması için süpermarkette satın aldığınız şeyler ve biraz hidrojen gazı gibi bunların bir kısmını hidrojen peroksite dönüştürür.
“Normalde bu peroksit geri tepkimeler nedeniyle çok uzun sürmez, ancak bir buzlanma sırasında hidrojen peroksit, suyun donma noktasının bir derece altında donar. UV ışığı bir buzulun yüzeyine nüfuz edecek olsaydı, buzul buzunda küçük miktarlarda peroksit sıkışmış olurdu. ” Bu süreç bugün Antarktika'da ozon deliği oluştuğunda gerçekleşir ve güçlü UV ışığının buza çarpmasına izin verir.
Dünya atmosferinde veya herhangi bir UV ekranında herhangi bir oksijen bulunmadan önce, buzul buz okyanusa yokuş aşağı akar, erir ve eser miktarda peroksit doğrudan deniz suyuna salınırdı, burada başka bir kimyasal reaksiyon peroksidi tekrar suya dönüştürdü ve oksijen. Bu, organizmaları öldürecek UV ışığından çok uzakta gerçekleşti, ancak oksijen, siyanobakterilerin oksijen zehirlenmesini önleyecek kadar düşük seviyedeydi.
Kirschvink “Okyanus, oksijeni koruyan enzimlerin gelişmesi için güzel bir yerdi” diyor. “Ve bu koruyucu enzimler bir kez yerleştirildikten sonra, hem oksijenli fotosentezin gelişmesine hem de hücrelerin aslında bizim gibi oksijen soluması için aerobik solunumun yolunu açtı.”
Teori için kanıtlar, şu anda Tayvan, Taipei'deki Academia Sinica'daki Çevre Değişiklikleri Araştırma Merkezi'nde Caltech'te gezegen bilimi alanında yeni mezun olan baş yazar Danie Liang'ın hesaplamalarından geliyor.
Liang'a göre, Makganyene Kartopu Dünyası olarak bilinen ciddi bir donma 2.3 milyar yıl önce meydana geldi, kabaca siyanobakteriler oksijen üretme yeteneklerini geliştirdi. Kartopu Dünyası bölümünde, şu anda atmosferdeki kadar oksijen üretecek kadar peroksit depolanmış olabilir.
Ek bir kanıt olarak, bu tahmini oksijen seviyesi, tüm dünyada ekonomik manganez rezervlerinin yüzde 80'ine sahip olan Kalahari manganez alanının Güney Afrika'daki birikimini açıklamak için yeterlidir. Bu depozito, Makganyene Kartopunun son jeolojik izinin hemen üstünde yer alır.
Liang, “Bu buzullamadan sonra manganezin deniz suyundan atılmasının siyanobakteriyel bir çiçek olduğunu düşünüyorduk” diyor. “Ama bunu yapan Snowball'dan sonra sadece peroksit ayrışmasından kaynaklanan oksijen olabilir.”
Kirschvink, Yung ve Liang'a ek olarak, diğer yazarlar MIT Biyomedikal Mühendisliği Merkezi'nden Hyman Hartman ve Caltech'te jeobiyoloji lisansüstü öğrencisi Robert Kopp. NASA Ames Araştırma Merkezi'nden Chris McKay ile birlikte Hartman, hidrojen peroksitin oksijenli fotosentezin kökeninde ve evriminde oynadığı rol için erken savunuculardı, ancak Dünya'nın prekambri ortamında iyi bir inorganik kaynak tanımlayamadılar.
Orijinal Kaynak: Caltech Haber Bülteni
