Wie jeder möglicher Biochemiker weiß, ist genetische Änderung wirklich chemische Umwandlung und also folgt sie, dass, wenn Sie wirklich sehen möchten, wie Entwicklung geschieht, Sie sehen müssen, wie sie Biochemie beeinflußt.
Eine genetische Analyse, die nach der Evolutionsgeschichte von nitrogenase, die kritische Enzymanlage sucht, die atmosphärischem Stickstoff des Lebengebrauches hilft, hat einige interessante Evolutions-Verhältnisse zwischen den Schlüsselstoffwechselprozessen von Bakterien gezeigt und einige mysteriöse neue chemische Bahnen aufgedeckt, die nicht noch verstanden werden.
In einem Papier, das in der aktuellen Ausgabe der Zapfen Molekularbiologie und der Entwicklung veröffentlicht wird, tun Staat Arizona-Hochschulbiochemiker Jason Raymond, Christopher Staples und Robert Blankenship und Rice Universitys Janet Siefert eine Analyse der Genome einer großen Gruppe Bakterien und archaea und insbesondere vergleichen ähnliche Gene, die das Protein nitrogenase produzieren. Die Forscher finden, dass ähnliche oder „übereinstimmende“ nitrogenase Gene über einer breiten Reichweite der Organismen existieren, und scheinen, zusammenzuhängen auf anderen ähnlichen Genen, die für die Proteine codieren, die in Fotosynthese mit einbezogen werden, sowie mit anderen Genen in archaea und Bakterien, die weder Fotosynthese tun noch „Stickstoffgewinnung aus Luft“ (als der Prozess des Erfassens des atmosphärischen Stickstoffes wird gerufen).
Obwohl Biochemiker haben vorher, dass das nitrogenase und Enzyme, die in Fotosynthese mit einbezogen werden, strukturelles, Ähnlichkeiten geschlossen und folglich scheinen haben in Verbindung gestanden zu sein, scheinen diese letzten „uncharacterized“ Gene, Enzyme aufzudecken, deren metabolische Eigenschaften bis jetzt unbekannt sind.
„Wir fanden eine Gruppe übereinstimmende Gene, die nicht irgendwelchen Genen entspricht, die zur Fotosynthese gehören, oder irgendwie, die wir in der Stickstoffgewinnung aus Luft wissen - wir diese in einer großen Auswahl von Organismen fanden,“ sagte Raymond.
Die Analyse schlägt vor, dass die Gene, die für weder nitrogenase noch Enzyme in der Fotosynthese codieren, möglicherweise „Relikte sind,“ das Codieren für metabolische Bahnen, die zur Fotosynthese und zur Stickstoffgewinnung aus Luft ererbt sind. Horizontaler Gentransfer - der Austausch von Genen zwischen unterschiedlichen bakteriellen Spezies -- scheint, für die breite Verteilung des ursprünglichen Gens und für seine nachfolgende Abweichung und Spezialisierung in den metabolischen Bahnen der Stickstoffgewinnung aus Luft und der Fotosynthese verantwortlich zu sein.
„Diese Enzyme sind wichtige Evolutionserfindungen,“ sagte Blankenship. „Sobald sie sich entwickeln, passieren sie zwischen Spezies durchaus ein Bit, weil sie die Organismen geben, die haben sie wichtige Vorteile.“
Von allen große biochemische Entwicklungen der Entwicklung, waren die Fähigkeit des Lebens, oben zu brechen und der atmosphärische Stickstoff „der Verlegenheit“ eine der wichtigsten Durchführungen und möglicherweise eine vom schwierigsten.
„Ohne Stickstoff, können Sie das Leben nicht haben, wie wir ihn kennen,“ sagten Blankenship. „In der sehr frühen Erde, gab es vermutlich etwas erhältlichen Stickstoff in Form von Ammoniak, oder Ähnliches etwas, so frühe Lebensformen musste Stickstoff nicht von der Atmosphäre extrahieren.
„Zu einem bestimmten Zeitpunkt zwar, erreichten Sachen eine Lebensmittelknappheit - Sie entweder finden, dass irgendeine Methode, den molekularen Stickstoff der Atmosphäre in die Schleife zu kommen oder Sie sterben Sie. Ein minimaler Input des Stickstoffes kann eine große Biosphäre nicht stützen,“ er beachtete.
„Aber zu tun ist hart. Stickstoffgewinnung aus Luft ist einer der interessantesten biologischen Prozesse, weil chemisch zu tun ist so schwierig. Nitrogenase ist eine sehr komplexe Enzymanlage, die wirklich die Dreifachbindung des molekularen Stickstoffes bricht -- eins der stärksten Anleihen in der Natur,“ er sagte.
Die nitrogenase Anlage ist so hoch entwickelt und komplex, der es schwierig ist, seine Evolutionsentwicklung wieder aufzubauen. In einigen seiner hoch entwickeltesten Formulare, wie Versionen, die das seltene Metallmolybdän enthalten, verwendet die Anlage ein Netz von komplexen Enzymen, um den Prozess zu steuern und zu regeln und ihn Energiesparend zu machen. Solch Eine Anlage könnte durch eine Reihe kleine Veränderungen allmählich entwickelt haben, aber die Analyse schlägt stattdessen vor, dass sie möglicherweise durch Verdopplung des Gens für ein ursprünglicheres Enzym sich entwickelt, das gerade jetzt entdeckt worden ist.
Jedoch sogar benötigt das einfachste Enzym, das zum Brechen der Dreifachbindung des Stickstoffes fähig ist, große strukturelle Komplexität, die nicht ohne frühere Stufen entwickelt haben könnte.
„Das Brechen des molekularen Stickstoffes benötigte viel Energie und war ein evolutionarily komplexer Übergang,“ Blankenship-Anmerkungen. „Sogar ist der grundlegendste nitrogenase Komplex, den wir heute haben, erstaunlich hoch entwickelt und Energie- eine sehr teure Anlage. Er ist nicht etwas, der würde gerade herausgesprungen sein oben aus dem Nichts.“