산소는 지구 대기의 21 %를 차지하며 숨을 쉬어야합니다. 고대 박테리아는 산소가 DNA를 손상시키는 것을 막는 보호 효소를 진화 시켰지만, 어떤 진화 적 동기가 있었습니까? 연구원들은 빙하 얼음 표면에 닿는 자외선이 분자 산소를 방출 할 수 있음을 발견했습니다. 이 얼음 근처에 사는 박테리아 식민지는이 방어 방어를 진화시키는 데 필요할 것입니다. 그런 다음 그들은 일반적으로 독성이있는 다른 박테리아에 의해 생성 된 대기 산소의 성장을 처리 할 수 있도록 잘 갖추어졌습니다.
25 억 년 전, 우리의 진화 조상이 박테리아의 원형질 막에서 반짝임에 불과했을 때, 광합성으로 알려진 과정은 분자 산소를 지구 대기로 방출하는 능력을 갑자기 얻었고, 우리 행성의 역사. 책임이있는 유기체는 물, 이산화탄소 및 햇빛을 산소와 설탕으로 바꾸는 능력을 발전시킨 것으로 알려진 시아 노 박테리아였으며 오늘날에도 모든 녹색 식물의 청록색 조류와 엽록체로 남아 있습니다.
그러나 연구자들은 시아 노 박테리아가 어떻게 자신을 중독시키지 않고 어떻게 모든 산소를 만들 수 있는지에 대해 의아해했습니다. 산소 생산에서 자연적으로 발생하는 하이드 록실 라디칼에 의해 DNA가 파괴되는 것을 피하기 위해, 시아 노 박테리아는 보호 효소를 진화시켜야했을 것입니다. 그러나 자연 선택이 어떻게 시아 노 박테리아가 이들 효소의 필요성이 아직 존재하지 않는다면 어떻게 이들 효소를 진화시킬 수 있었 을까?
이제 캘리포니아 공과 대학 (California Institute of Technology)의 두 그룹의 연구자들은 시아 노 박테리아가 어떻게 이처럼 절망적 인 모순을 피할 수 있었는지 설명했습니다. 12 월 12 일에 발표 된 국립 과학원 (PNAS)의 절차와 이번 주에 온라인으로 제공되는이 그룹은 빙하 얼음 표면에 부딪 치는 자외선이 냉동 산화제의 축적과 분자 산소의 최종 방출을 초래할 수 있음을 보여줍니다. 바다와 분위기. 이 독약은 시아 노 박테리아를 포함한 다양한 미생물에서 산소 보호 효소의 진화를 이끌 수 있습니다. 행성 과학 교수 인 육영과 반 윈겐 지구 생물학 교수 인 조 커쉬 빈크에 따르면, UV- 퍼 옥사이드 솔루션은“간단하고 우아하다”고한다.
Kirschvink은“대기 중에 산소가 나타나기 전에는 자외선이 표면에 닿는 것을 막는 오존 스크린이 없었습니다. “UV 광선이 수증기에 부딪 치면, 머리카락을 표백하기 위해 슈퍼마켓에서 구매하는 것과 약간의 수소 가스와 같이 일부를 과산화수소로 변환합니다.
“정상적으로이 과산화물은 역반응으로 인해 오래 지속되지는 않지만 빙하 동안 과산화수소는 물의 어는점보다 1도 아래에서 얼어 붙습니다. UV 광선이 빙하 표면으로 침투한다면, 소량의 과산화물이 빙하 얼음에 갇히게되었을 것입니다.” 이 과정은 실제로 오늘날 오존 구멍이 형성되어 강한 UV 광선이 얼음에 부딪히는 남극 대륙에서 발생합니다.
지구 대기 또는 UV 스크린에 산소가 존재하기 전에 빙하 얼음이 내리막으로 바다로 흘러 녹아서 미량의 과산화물을 해수로 직접 방출했을 때 다른 유형의 화학 반응으로 과산화물이 다시 물로 전환되었습니다 산소. 이것은 유기체를 죽일 수있는 UV 광선과는 거리가 멀지 만 시아 노 박테리아가 산소 중독을 피할 정도로 낮은 수준이었습니다.
Kirschvink는“바다는 산소 보호 효소가 진화하기에 아름다운 곳이었습니다. "이러한 보호 효소가 제자리에 놓이면 산소 광합성이 진화하고 호기성 호흡이 생겨 세포가 실제로 우리처럼 산소를 호흡 할 수있게되었습니다."
이론의 증거는 최근 대만 타이페이에있는 아카데미아 시니카 (Academia Sinica)의 환경 변화 연구 센터에있는 Caltech의 행성 과학을 전공 한 수석 작가 Danie Liang의 계산에서 나온 것입니다.
Liang에 따르면 Makganyene Snowball Earth로 알려진 심각한 동결 현상은 23 억 년 전에 시아 노 박테리아가 산소 생성 능력을 발전시킨시기에 발생했습니다. Snowball Earth 에피소드 동안 현재 대기에있는 양만큼의 산소를 생성하기에 충분한 과산화물이 저장되었을 수 있습니다.
추가적인 증거로서,이 추정 된 산소 수준은 남아프리카의 칼라 하리 (Kalahari) 망간 밭의 퇴적을 설명하기에 충분하며, 이는 전 세계 망간의 매장량의 80 %를 차지합니다. 이 예금은 막 가니 엔 눈덩이의 마지막 지질 흔적 위에 있습니다.
Liang은“우리는이 빙하 후 망간을 해수에서 버린 시아 노 박테리아 꽃이라고 생각했습니다. 그러나 스노우 볼 이후 과산화수소 분해로 인한 산소 일 뿐이다”고 말했다.
Kirschvink, Yung 및 Liang 외에도 MIT의의 생명 공학 센터의 Hyman Hartman과 Caltech의 지질학 대학원생 인 Robert Kopp이 있습니다. Hartman은 NASA Ames Research Center의 Chris McKay와 함께 과산화수소가 산소 광합성의 기원과 진화에서 어떤 역할을했는지 초기 옹호자 였지만 지구의 선캄브리아 기 환경에서 좋은 무기 공급원을 식별 할 수는 없었습니다.
원본 출처 : Caltech 뉴스 릴리스
