Zoals om het even welke biochemicus het weet, is de genetische verandering werkelijk chemische verandering, en zodat volgt het dat als u wilt werkelijk zien hoe de evolutie gebeurt, u moet zien hoe het biochemie beïnvloedt.
Een genetische analyse die naar de evolutieve geschiedenis van nitrogenase zoeken, het kritieke enzymsysteem dat de atmosferische stikstof helpt van het het levensgebruik, heeft sommige interesserend evolutief verband tussen de belangrijkste metabolische processen van bacteriën, getoond en sommige geheimzinnige nieuwe chemische wegen geopenbaard die nog niet worden begrepen.
In een document in de huidige kwestie van de dagboek Moleculaire Biologie en de Evolutie wordt gepubliceerd, maken de biochemici van de Universiteit van de Staat van Arizona Jason Raymond, Christopher Staples en Robert Blankenship en Janet Siefert van Rice University een analyse van de genomen van een grote groep die bacteriën en archaea, in het bijzonder gelijkaardige genen vergelijken die eiwitnitrogenase die produceren. De onderzoekers vinden dat er gelijkaardige of „homologe“ nitrogenasegenen over een brede waaier van organismen bestaan, en schijnen om op andere gelijkaardige genen coderend voor proteïnen betrokken bij fotosynthese, evenals op andere genen in archaea en bacteriën worden betrekking gehad die noch fotosynthese noch „stikstofbinding“ doen (aangezien het proces om atmosferische stikstof te vangen wordt geroepen).
Hoewel de biochemici eerder hebben besloten dat nitrogenase en de enzymen betrokken bij fotosynthese structurele gelijkenissen hebben en zo schijnen worden met elkaar in verband gebracht, schijnen deze laatstgenoemde „niet gekenmerkte“ genen om enzymen te openbaren de waarvan metabolische eigenschappen tot hiertoe onbekend zijn.
„Wij vonden een groep homologe genen die niet aan enige genen die met fotosynthese gaan of om het even welk beantwoordt die wij in stikstofbinding weten - wij vonden deze in een brede waaier van organismen,“ bovengenoemd Raymond.
De analyse stelt voor dat de genen die voor noch nitrogenase noch enzymen in fotosynthese kunnen „overblijfselen zijn coderen,“ coderend voor metabolische wegen die aan zowel fotosynthese als stikstofbinding voorouderlijk zijn. Horizontale genoverdracht - de uitwisseling van genen tussen verschillende bacteriële species -- schijnt verantwoordelijk voor de brede distributie van het originele gen en voor zijn verdere divergentie en specialisatie in de metabolische wegen van stikstofbinding en fotosynthese te zijn.
„Deze enzymen zijn belangrijke evolutieve uitvindingen,“ bovengenoemde Blankenship. „Zodra zij zich ontwikkelen, worden zij vrij overgegaan tussen species een bit omdat zij de organismen geven die hen belangrijke voordelen.“ hebben
Van elk van evolutie waren de grote biochemische ontwikkelingen, de capaciteit van leven atmosferische stikstof te verdelen en het „te bevestigen“ één van de belangrijkste verwezenlijkingen, en misschien één van de uitdaging.
„Zonder stikstof, kunt u het geen leven hebben aangezien wij het,“ bovengenoemde Blankenship kennen. „In de zeer vroege aarde, waren er waarschijnlijk wat beschikbare stikstof in de vorm van ammoniak of gelijkaardig iets, zodat moesten de vroege het levensvormen geen stikstof uit de atmosfeer halen.
„Op wat punt niettemin, bereikten de dingen een voedselcrisis - u of vindt één of andere weg om de moleculaire stikstof van de atmosfeer in de cyclus te krijgen of u sterft. Een minimuminput van stikstof kan geen grote biosfeer ondersteunen,“ hij nam van nota.
„Maar het is moeilijk te doen. De stikstofbinding is één van de interessantste biologische processen omdat het zo moeilijk is chemisch te doen. Nitrogenase is een zeer complex enzymsysteem dat eigenlijk de drievoudige band van de moleculaire stikstof breekt -- één van de sterkste banden in aard,“ hij zei.
Het nitrogenasesysteem is zo verfijnd en complex dat het moeilijk is om zijn evolutieve ontwikkeling opnieuw op te bouwen. In sommige van zijn meest verfijnde vormen, zoals versies die het zeldzame metaalmolybdeen opnemen, gebruikt het systeem een netwerk van complexe enzymen om het proces te controleren en te regelen en tot het efficiënte energie te maken. Zulk een systeem kon geleidelijk aan door een reeks pasmunten geëvolueerd, maar de analyse stelt in plaats daarvan voor dat het zich door verdubbeling van het gen voor een meer primitief enzym zou kunnen ontwikkeld hebben dat nu net is ontdekt.
Nochtans, zelfs vereist het eenvoudigste enzym geschikt om de drievoudige band van de stikstof te breken grote structurele ingewikkeldheid die niet zonder vroegere stadia kon geëvolueerd.
De „Brekende moleculaire stikstof vereiste heel wat energie en was een evolutionarily complexe overgang,“ nota's Blankenship. „Zelfs is meest basis complexe nitrogenase die wij vandaag hebben ongelooflijk verfijnd en energiek een zeer duur systeem. Het is niet iets die net uit.“ nergens zou opgedoken zijn