Como todo o bioquímico sabe, a mudança genética é mudança realmente química, e assim que segue que se você quer ver realmente como a evolução acontece, você precisa de ver como afecta a bioquímica.
Uma análise genética que procurara pela história evolucionária do nitrogenase, o sistema crítico da enzima que ajuda o nitrogênio atmosférico do uso da vida, mostrou alguns relacionamentos evolucionários interessantes entre os processos metabólicos chaves de bactérias, e revelou alguns caminhos químicos novos misteriosos que não são compreendidos ainda.
Em um papel publicado na introdução actual da Biologia Molecular e a Evolução do jornal, os bioquímicos Jason Raymond da Universidade Estadual do Arizona, Christopher Staples e Robert Blankenship e a Janet Siefert de Rice University fazem uma análise dos genomas de um grande grupo de bactérias e de archaea, comparando em particular os genes similares que produzem o nitrogenase da proteína. Os pesquisadores encontram que os genes similares ou “homólogos” do nitrogenase existem através de uma escala larga dos organismos, e parecem ser relacionados a outros genes similares que codificam para as proteínas envolvidas na fotossíntese, assim como a outros genes no archaea e as bactérias que fazem nem a fotossíntese nem de “a fixação nitrogênio” (como o processo de capturar o nitrogênio atmosférico é chamado).
Embora os bioquímicos têm concluído previamente que o nitrogenase e as enzimas envolvidos na fotossíntese têm estrutural similaridades e parecem assim ser relacionados, estes últimos genes “uncharacterized” parecem revelar as enzimas cujas as propriedades metabólicas são até agora desconhecidas.
“Nós encontramos um grupo de genes homólogos que não correspondesse a nenhuns genes que vão com fotossíntese ou que nós conhecemos na fixação de nitrogênio - nós encontramos estes em uma vasta gama de organismos,” disse Raymond.
A análise sugere que os genes que codificam para nem o nitrogenase nem as enzimas na fotossíntese possam ser as “relíquias,” a codificação para os caminhos metabólicos que são ancestrais à fotossíntese e à fixação de nitrogênio. Transferência Horizontal do gene - a troca dos genes entre espécies bacterianas diferentes -- parece ser responsável para a distribuição larga do gene original e para suas divergência e especialização subseqüentes nos caminhos metabólicos da fixação de nitrogênio e da fotossíntese.
“Estas enzimas são invenções evolucionárias importantes,” disse Blankenship. “Uma Vez Que se tornam, obtêm passada entre a espécie bastante um bit porque dão os organismos que os têm vantagens importantes.”
De todas as grandes revelações bioquímicas da evolução, a capacidade da vida para quebrar acima e o nitrogênio atmosférico do “reparo” eram uma das realizações as mais importantes, e talvez um do mais desafiante.
“Sem nitrogênio, você não pode ter a vida como nós o conhecemos,” disse Blankenship. “Na terra muito adiantada, havia provavelmente algum nitrogênio disponível sob a forma da amônia ou algo similar, formulários de vida tão adiantados não teve que extrair o nitrogênio da atmosfera.
“Em algum momento embora, as coisas alcançaram uma crise alimentar - você encontra que alguma maneira de obter o nitrogênio molecular da atmosfera no ciclo ou você morra. Uma entrada mínima do nitrogênio não pode sustentar uma biosfera grande,” ele notou.
“Mas é duro fazer. A fixação de Nitrogênio é um dos processos biológicos os mais interessantes porque é tão difícil fazer quimicamente. Nitrogenase é um sistema muito complexo da enzima que quebre realmente a ligação tripla do nitrogênio molecular -- uma das ligações as mais fortes na natureza,” disse.
O sistema do nitrogenase é tão sofisticado e complexo que é difícil reconstruir sua revelação evolucionária. Em alguns de seus formulários mais sofisticados, tais como as versões que incorporam o molibdênio raro do metal, o sistema usa uma rede de enzimas complexas para controlar e regular o processo e para fazer lhe a energia eficiente. Tal sistema poderia ter evoluído gradualmente com uma série de pequenas alterações, mas a análise sugere pelo contrário que possa se ter tornado através da duplicação do gene para uma enzima mais primitiva que agora seja descoberta.
Contudo, mesmo a enzima a mais simples capaz de quebrar a ligação tripla do nitrogênio exige a grande complexidade estrutural que não poderia ter evoluído sem fases mais adiantadas.
“Quebrar o nitrogênio molecular exigiu muita energia e foi uma transição evolutionarily complexa,” notas de Blankenship. “Mesmo o complexo o mais básico do nitrogenase que nós temos hoje é surpreendente sofisticado e energètica um sistema muito caro. Não é algo que apenas estalaria acima fora do nada.”