21:39 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Ingineria genetică aruncă lumină asupra întrebărilor evolutive antice
_ Ingineria genetică face lumină pe întrebări evolutive antice
Cianobacteriile sunt organisme unicelulare care obțin energie din lumină, folosind fotosinteza pentru a transforma dioxidul de carbon (CO2) atmosferic și apa lichidă (H2O) în oxigen respirabil și moleculele pe bază de carbon, cum ar fi proteinele care alcătuiesc celulele lor. Cianobacteriile au fost primele organisme care au efectuat fotosinteza din istoria Pământului și au fost responsabile pentru inundarea Pământului timpuriu cu oxigen, influențând astfel în mod semnificativ modul în care a evoluat viața.
Măsurătorile geologice sugerează că atmosfera Pământului timpuriu— cu peste trei miliarde de ani în urmă — era probabil bogat în CO2, mult mai mare decât nivelurile actuale cauzate de schimbările climatice antropice, ceea ce înseamnă că cianobacteriile antice aveau multe de „mâncat”.
Dar de-a lungul istoriei de mai multe miliarde de ani a Pământului , concentrațiile atmosferice de CO2 au scăzut și, astfel, pentru a supraviețui, aceste bacterii au avut nevoie să elaboreze noi strategii de extragere a CO2. Cianobacteriile moderne arată astfel destul de diferit față de strămoșii lor antici și posedă un set complex și fragil de structuri numit mecanism de concentrare a CO2 (CCM) pentru a compensa concentrațiile mai scăzute de CO2.
Acum, o nouă cercetare de la Caltech aruncă lumină asupra modului în care a evoluat CCM, abordând un mister de lungă durată în domeniul geobiologiei evoluționiste. Noul studiu folosește tehnici genetice pentru a modela strămoșii antici ai organismelor moderne, permițând cercetătorilor să experimenteze în mod sistematic diferite versiuni de bacterii și să dezvăluie posibile căi de evoluție.
Studiul a fost o colaborare între laboratoarele profesorului Caltech. de geobiologie Woodward Fischer și David Savage, profesor asociat de biologie moleculară la UC Berkeley și Institutul Medical Howard Hughes. Apare în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Acesta este un mod emergent de a studia istoria Pământului”, spune Fischer. „Putem să luăm organismul modern și să-l refacem în laborator, permițându-ne să testăm traiectoriile evoluției sale cu o experimentare riguroasă de laborator.”
Cianobacteriile „mâncă” CO2 cu ajutorul unei enzime numite rubisco. Rubisco, pur și simplu, nu este foarte bun la treaba lui - acționează lent și tinde să reacționeze cu alte molecule în loc de CO2. Aceasta nu este o problemă pentru cianobacteriile într-un mediu cu concentrații mari de CO2; rubisco poate fi ineficient și bacteriile pot avea în continuare suficient CO2 pentru a metaboliza. Dar, deoarece nivelurile de CO2 din atmosferă au scăzut atât de mult de-a lungul miliardelor de ani, cianobacteriile moderne au dezvoltat un CCM pentru a concentra CO2 în propriul organism al bacteriilor și pentru a crește eficiența rubisco-ului.
CCM-urile sunt nedumerite pentru biologii evoluționari, deoarece sunt atât de delicate – modificarea oricăreia dintre cele 20 de gene care codifică diferitele părți ale CCM face ca întreaga structură să eșueze.
„Ne gândim la evoluție ca având loc pas cu pas, fiecare genă nouă adăugând câteva nouă funcție”, spune Avi Flamholz, cercetător postdoctoral Caltech și autor principal al noii lucrări. „De exemplu, precursorii antici ai ochiului uman modern nu aveau toate funcțiile ochiului, dar puteau, probabil, să detecteze lumina într-o anumită formă. Cu CCM, nu a existat o cale clară care să indice modul în care au evoluat către lor. complexitatea actuală.”
În noul studiu, echipa și-a propus să modeleze posibile iterații antice ale structurii CCM. Pentru a face acest lucru, au modificat genetic bacteria Escherichia coli pentru a necesita CO2 pentru metabolismul lor. Deoarece există instrumente genetice stabilite pentru lucrul cu E. coli în laborator, este mai ușor să lucrezi cu acest sistem model, mai degrabă decât cu cianobacteriile în sine. Apoi, echipa a proiectat tulpini de E. coli cu cele 20 de gene care alcătuiesc CCM și a adăugat, eliminat și ajustat sistematic genele pentru a modela toate traiectoriile evolutive posibile ale structurii CCM.
În acest fel, Flamholz și echipa sa au descoperit că există, de fapt, mai multe traiectorii viabile din punct de vedere biologic care duc la apariția complexului CCM modern.
„Aceste rezultate evidențiază dialog omniprezent între schimbarea globală și evoluția biosferei Pământului”, spune Fischer. „Pe măsură ce CO2 a devenit din ce în ce mai rar, cianobacteriile au fost capabile să inoveze o soluție biochimică remarcabilă.”
Comentarii:
Adauga Comentariu