Come tutto il biochimico sa, il cambiamento genetico è realmente modifica chimica ed in modo da segue che se volete realmente vedere come l'evoluzione accade, dovete vedere come pregiudica la biochimica.
Un'analisi genetica che cerca la cronologia evolutiva del nitrogenase, il sistema critico degli enzimi che aiuta l'azoto atmosferico di uso di vita, ha indicato alcune relazioni evolutive interessanti fra i trattamenti metabolici chiave dei batteri ed ha rivelato alcune nuove vie chimiche misteriose che ancora non sono capite.
In un documento pubblicato nella questione attuale della Biologia Molecolare e l'Evoluzione del giornale, i biochimici Jason Raymond, Graffette di Arizona State University di Christopher e Robert Blankenship e la Janet Siefert di Rice University fanno un'analisi dei genoma di grande gruppo di batteri e di archaea, confrontante in particolare i simili geni che producono il nitrogenase della proteina. I ricercatori trovano che i simili o geni “omologhi„ di nitrogenase esistono attraverso una vasta gamma di organismi e sembrano essere collegati con altri simili geni che codificano per le proteine coinvolgere nella fotosintesi come pure ad altri geni in archaea e batteri che fanno nè la fotosintesi nè “fissazione dell'azoto„ (come il trattamento di cattura dell'azoto atmosferico è chiamato).
Sebbene i biochimici precedentemente abbiano concluso che il nitrogenase e gli enzimi in questione nella fotosintesi hanno strutturale le similarità e così sembrino essere riferiti, questi geni “atipici„ posteriori sembrano rivelare gli enzimi di cui i beni metabolici sono finora sconosciuti.
“Abbiamo trovato un gruppo di geni omologhi che non corrisponde ad alcuni geni che vanno con la fotosintesi o affatto che conosciamo nella fissazione dell'azoto - abbiamo trovato questi in una vasta gamma di organismi,„ ha detto Raymond.
L'analisi suggerisce che i geni che codificano per nè il nitrogenase nè gli enzimi nella fotosintesi possano essere “reliquie,„ la codifica per le vie metaboliche che sono ancestrali sia alla fotosintesi che alla fissazione dell'azoto. Trasferimento Orizzontale del gene - lo scambio di geni fra le specie batteriche differenti -- sembra essere responsabile di vasta distribuzione del gene originale e della sue divergenza e specializzazione successive nelle vie metaboliche di fissazione dell'azoto e della fotosintesi.
“Questi enzimi sono invenzioni evolutive importanti,„ ha detto Blankenship. “Una Volta Che si sviluppano, ottengono passate fra le specie abbastanza un bit perché danno gli organismi che li hanno vantaggi importanti.„
Di tutti gli grandi sviluppi biochimici dell'evoluzione, l'abilità di vita allo smembramento e l'azoto atmosferico “di fissatore„ erano una delle realizzazioni più importanti e forse una del più provocatorio.
“Senza azoto, non potete avere vita come lo conosciamo,„ avete detto Blankenship. “Nella terra molto in anticipo, c'era probabilmente un certo azoto disponibile sotto forma di ammoniaca o qualche cosa di simile, forme di vita così in anticipo non ha dovuto estrarre l'azoto dall'atmosfera.
“Ad un certo punto comunque, le cose hanno raggiunto una crisi alimentare - trovate che un certo modo entrare l'azoto molecolare dell'atmosfera nel ciclo o voi muoia. Un input minimo di azoto non può sostenere una grande biosfera,„ lui ha notato.
“Ma è duro da fare. La Fissazione dell'azoto è uno dei trattamenti biologici più interessanti perché è così difficile da fare chimicamente. Nitrogenase è un sistema molto complesso degli enzimi che realmente rompe l'obbligazione tripla dell'azoto molecolare -- una di più forti obbligazioni in natura,„ ha detto.
Il sistema di nitrogenase è così specializzato e complesso che è difficile da ricostruire il suo sviluppo evolutivo. In alcuni dei sui moduli più specializzati, quali le versioni che incorporano il molibdeno raro del metallo, il sistema usa una rete degli enzimi complessi per gestire e regolamentare il trattamento e per renderlo di ottimo rendimento. Un Tal sistema potrebbe evolversi gradualmente con una serie di piccoli cambi, ma l'analisi suggerisce invece che potrebbe svilupparsi attraverso duplicazione del gene per un enzima più primitivo che ora è stato scoperto.
Tuttavia, anche l'enzima più semplice capace di rottura dell'obbligazione tripla dell'azoto richiede la grande complessità strutturale che non potrebbe evolversi senza fasi precedenti.
“Rompere l'azoto molecolare ha richiesto molta energia ed era una transizione evolutionarily complessa,„ note di Blankenship. “Anche il complesso di nitrogenase più fondamentale che abbiamo oggi è stupefacente specializzato ed energetico un sistema molto costoso. Non è qualcosa che abbia schioccato appena su dal nulla.„