Como cualquier bioquímico sabe, el cambio genético es cambio realmente químico, y así que sigue que si usted quiere ver realmente cómo suceso la evolución, usted necesita ver cómo afecta a la bioquímica.
Un análisis genético que exploraba para la historia evolutiva del nitrogenase, el sistema crítico de la enzima que ayuda al nitrógeno atmosférico del uso de la vida, ha mostrado algunos lazos evolutivos interesantes entre los procesos metabólicos dominantes de bacterias, y ha revelado algunos nuevos caminos químicos misteriosos que todavía no se entienden.
En un papel publicado en la aplicación actual la Biología Molecular y la Evolución del gorrón, los bioquímicos Jason Raymond, Grapas de la Universidad de Estado de Arizona de Christopher y Roberto Blankenship y Janet Siefert de Rice University hacen un análisis de los genomas de un grupo grande de bacterias y de archaea, comparando particularmente los genes similares que producen el nitrogenase de la proteína. Los investigadores encuentran que los genes similares o “homólogos” del nitrogenase existen a través de una amplia gama de organismos, y aparecen ser relacionados con otros genes similares que cifran para las proteínas implicadas en fotosíntesis, así como con otros genes en archaea y las bacterias que hagan ni fotosíntesis ni “fijación de nitrógeno” (como el proceso de capturar el nitrógeno atmosférico se llama).
Aunque los bioquímicos han concluido previamente que el nitrogenase y las enzimas implicados en fotosíntesis tienen estructural semejanzas y aparecen así ser relacionados, estos últimos genes “desacostumbrados” aparecen revelar las enzimas cuyas propiedades metabólicas son hasta ahora desconocidas.
“Encontramos un grupo de genes homólogos que no corresponde a ninguna genes que vayan con la fotosíntesis o cualquiera que conocemos en la fijación de nitrógeno - encontramos éstos en una amplia gama de organismos,” dijo Raymond.
El análisis sugiere que los genes que cifran para ni el nitrogenase ni las enzimas en fotosíntesis puedan ser las “reliquias,” la codificación para los caminos metabólicos que son ancestrales a la fotosíntesis y a la fijación de nitrógeno. Transferencia Horizontal del gen - el intercambio de genes entre diversas especies bacterianas -- aparece ser responsable de la distribución amplia del gen original y de su divergencia y especialización subsiguientes en los caminos metabólicos de la fijación de nitrógeno y de la fotosíntesis.
“Estas enzimas son invenciones evolutivas importantes,” dijo a Blankenship. “Una Vez Que se convierten, consiguen pasadas entre la especie muy un dígito binario porque dan los organismos que los tienen las ventajas importantes.”
De todos los grandes progresos bioquímicos de la evolución, la capacidad de la vida de romperse hacia arriba y el nitrógeno atmosférico del “punto de referencia” eran una de las ejecuciones más importantes, y quizás una del más desafiador.
“Sin el nitrógeno, usted no puede tener vida como lo conocemos,” dijo a Blankenship. “En la tierra muy temprana, había probablemente un poco de nitrógeno disponible bajo la forma de amoníaco o algo similar, los formularios de vida tan tempranos no tuvo que extraer el nitrógeno de la atmósfera.
“En algún momento sin embargo, las cosas alcanzaron una crisis alimentaria - usted encuentra que una cierta manera de conseguir el nitrógeno molecular de la atmósfera en el ciclo o usted muera. Una entrada de información mínima del nitrógeno no puede sostener una biosfera grande,” él observó.
“Solamente es duro hacer. La fijación de Nitrógeno es uno de los procesos biológicos más interesantes porque es tan difícil hacer químicamente. Nitrogenase es un sistema muy complejo de la enzima que rompe real el bono triple del nitrógeno molecular -- uno de los bonos más fuertes de la naturaleza,” él dijo.
El sistema del nitrogenase es tan sofisticado y complejo que es difícil reconstruir su revelado evolutivo. En algunos de sus formularios más sofisticados, tales como versiones que incorporan el molibdeno raro del metal, el sistema utiliza una red de enzimas complejas para controlar y para regular el proceso y para hacerlo económico de energía. Tal sistema habría podido desarrollarse gradualmente con una serie de pequeños cambios, pero el análisis sugiere en lugar de otro que puede ser que se haya convertido a través de la duplicación del gen para una enzima más primitiva se ha descubierto que ahora mismo.
Sin Embargo, incluso la enzima más simple capaz de romper el bono triple del nitrógeno requiere la gran complejidad estructural que no habría podido desarrollarse sin primeros tiempos.
La “Fractura del nitrógeno molecular requirió mucha energía y era una transición evolutionarily compleja,” las notas de Blankenship. “Incluso el complejo más básico del nitrogenase que tenemos hoy es asombroso sofisticado y enérgico un sistema muy costoso. No es algo que acababa de surgir de la nada.”