Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
24 април 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

Цианобактериите три пъти изобретяват кислородното дишане

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 03 април 2017 в 10:0016060
Cyanobacteria Снимка: Sandwalk

След геномен анализ международен екип от учени стига до извода, че общият прародител на три класа съвременни цианобактерии не имал способността да фотосинтезира, а еволюцията на аеробното дишане вероятно е настъпила няколко пъти, съобщи ScienceDaily.

Изследването е публикувано в Science

Появата на фотосинтезиращите цианобактерии на Земята е довела до появата на кислород приблизително преди 2,3 милиарда години, което дълбоко променя хода на еволюцията като подпомага развитието на аеробно дишащите и сложни многоклетъчни организми.

Един от критериите, по които съвременната биология класифицира живите организми е начинът за производство на органични вещества. Те се делят авто- и хетеротрофи. Хетеротрофите получават органичните съединения като поглъщат автотрофите, защото не могат да синтезират сами от неорганични вещества. От друга страна, автотрофните организми могат, например, да получават глюкоза от вода и въглероден диоксид. За тази реакция им е нужна енергия, която те получават по най-различни начини. 

Цианобактерии като например тези, които живеят в Големият призматичен извор в националния парк Йелоустоун, са развили способността да извършват фотосинтеза преди повече от два милиарда години.

Предполага се, че първите жители на планетата са хемоавтотрофи, които използват енергията, освободена при окислението на различни вещества като сероводород, метан, сяра и други. По-късно, преди около 3,80 милиарда години, се появява втори метод за производство на енергия - фотосинтезата. Източник на енергия за фотосинтезата е слънчевата светлина, която поглъщайки я оксигенните фотоавтотрофи отделят, а аноксигенните не отделят кислород. Вероятно аноксигенните организми са се появили преди оксигенните, защото по това време в земната атмосфера се е съдържало малко количество кислород. 

С развитието на оксигенните фотоавтотрофи съдържанието на кислород в атмосферата започва да се повишава. В първия етап освободеният от тях кислород се използва за окисление на скали и газове, а високи нива кислородът достига само в "кислородните оазиси" - зоните, обитавани от бактериите. Но с изчерпване на веществата за окисляване започва насищане на атмосферата с кислород, което води до кислородната катастрофа преди около 2 милиарда години. В резултат "оазисите" вече се създават от анаеробни организми. Тези събития се разглеждат като повратна точка в развитието на многоклетъчния живот.


Структурата на типична клетъчна цианобактерии .Wikimedia Commons

Първите оксигенни фотоавтотрофи вероятно са били цианобактериите.

"Оксигенната фотосинтеза е еволюционната сингулярност", коментира Уудуард Фишер (Woodward Fischer), професор на геобиология в Калифорнийския технологичен институт. "Цианобактериите са я измислили, а след това в крайна сметка се превръщат в хлоропластите на водораслите. Растениятата са само една група от водорасли, която е плъзнала по сушата".

И все пак, въпреки че са оформили нашия свят, знаем твърде малко за цианобактериите. До преди няколко десетилетия те са наричани "синьо-зелени водорасли" от някои биолози, макар че отдавна е установено, че те въобще не са водорасли, а по-скоро съвсем различен вид организъм. Тази липса на таксономично разбиране прави дешифрирането на загадката на тяхната еволюция почти невъзможно, разказва Фишер.

"Ние нямаше отговор на това откъде са дошли или с какви други организми са били свързани", коментира Фишер. "Представете си, че се опитвате да разберете нещо за човешката еволюция, без да знаете за човекоподобните маймуни".

Публикуваното в списание Science изследване на Фишер и колегите му от Калифорнийския технологичен институт и Университета на Куинсланд в Австралия най-сетне дават конкретно формулирано родословно дърво на цианобактериите. Те анализираха геномите на 41 вида цианобактерии, което помогна да се формулира тази точка в еволюцията на цианобактериите, в която те стават оксигенни фотоавтотрофи.

Микроскопска снимка на цианобактерия (Oxyphotobacteria) в лабораторията на Фишер. Fischer Laboratory/Caltech

Според анализа на 16S рРНК* цианобактериите са представени от три класа: Melainabacteria, Oxyphotobacteria и базалния спрямо другите два ML635J-21.  Авторите предлагат да се промени името на базалния клас на Sericytochromatia и да се въведе нов представител Melainabacteria.

*16S рРНК е един от трите основни типа рРНК, които са в основата на рибозомите на прокариотите. Множество последователности на гена 16S рРНК могат да съществуват в рамките на една бактерия. Дължината на 16S рРНК е около 1600 нуклеотид и има структурна роля, действайки като скеле за определяне на позициите на рибозомните протеини. В еукариотите има подобна 18S рРНК рибонуклеинова киселина, състояща се от приблизително 2500 нуклеотиди. На основата на данните от изследването на последователността на нуклеотидите в 16S и 18S рРНК са определени три групи еволюционно подобни организми като получават най-висок ранг домейни: 1. Еукариоти; 2. Истински бактерии (еубактерии), както и митохондрии и хлоропласти на еукариоти; 3.Археи.

Резултатите показват, че Melainabacteria и Sericytochromatia и не носят гените, необходими за фотосинтезата, което означава, че такива е нямал и общият прародител на всички три класа цианобактерии. По този начин Oxyphotobacteria, които могат да фотосинтезират, вероятно са придобили тази способност, след като се разделя с Melainabacteria, сравнително късно в еволюцията на цианобактериите.

Всичките три класа са аеробни, но използват за дишане различен набор протеини. Според изследователите получените данни показват, че предшественикът на цианобактериите не е използвал кислород за дишане, а неговите потомци стават аеробни самостоятелно.

"Ние показваме, че всичките три класа са придобили независимо аеробни респираторни комплекси, в подкрепа на хипотезата, че аеробното дишане е еволюирало след оксигенната фотосинтеза" - пишат авторите.

Цианобактерии. WisContext

Разгадаването на еволюционната тайна на фотосинтезата и нейния генезис може да има широко поле за приложение - от устойчиви енергийни източници до потенциала за живот на други планети.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Въпроси
Защо няма зелени звезди
21 януари 2017 в 12:151

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.