Ten pierwiastek może mieć kluczowe znaczenie dla ewolucji złożonego życia na Ziemi

Tlen jest niezbędną częścią życia na Ziemi. Po tym, jak ten gaz wzrósł w atmosferze, około 2,5 miliarda lat temu, na naszej planecie zaczęło kwitnąć życie wielokomórkowe.

Czas nie jest przypadkowy, ale tlen nie może być dla nas wszystkich zasługą. Według niektórych naukowców ważny dla tej mutacji ewolucyjnej jest również inny pierwiastek, a jego nazwa to żelazo.

W nowym przeglądzie dostępności żelaza do życia w całej historii naszej planety, naukowiec z Oxford University Earth, John Wade i jego zespół, sugerują, że fluktuacje tego metalu pomogły napędzać ewolucję na Ziemi.

Dziś, Żelazo jest niezbędnym pierwiastkiem Przez prawie całe życie. To właśnie umożliwia komórkom wykrywanie tlenu, generowanie energii, replikację DNA i ekspresję genów. W rzeczywistości istnieje Tylko dwie znane istoty Na naszej planecie obecnie nie wymaga przetrwania tego metalu.

We wczesnych dniach planety Ziemia istniało mnóstwo geologicznego żelaza, które można było wędrować, zwłaszcza w płaszczu i skorupie. Znalezione tu żelazo w postaci stałej było prawdopodobnie „uprawiane” przez meteoryty z kosmosu, a ponieważ materiał ten mógł rozpuszczać się w starożytnych oceanach, żelazo było również obfite w środowisku morskim.

dystans Wielkie wydarzenie związane z utlenianiem (rząd egipski), jednak warunki zaczęły się zmieniać. Rozpuszczalne żelazo zaczęło brakować, a konkurencja o żelazo wewnątrzkomórkowe wzrosła.

Tak więc formy życia musiały wymyślić, jak odzyskiwać żelazo z martwych komórek, kraść żelazo z żywych komórek lub żyć w innej komórce i używać aparatu chwytającego żelazo, aby przetrwać.

Niektórzy uczeni uważają, że to właśnie te bitwy o żelazo dały początek ewolucji wielokomórkowej.

„Infekcja, drapieżnictwo i endosymbioza to zachowania, które przenoszą skupienie na pozyskiwaniu żelaza ze źródeł mineralnych na inne formy życia, a każde z tych trzech zachowań może z czasem ewoluować w inne – na przykład początkowo infekcja wykorzystująca wyzysk może stać się symbiozą mutualistyczną. ” wyjaśniać.

Uważa się, że starożytne formy życia jednokomórkowego, takie jak bakterie i archeony, w porównaniu ze współczesnymi eukariontami lub organizmami wielokomórkowymi, opierały się bardziej na żelazie, aby przetrwać.

Wskazuje to, że współczesne organizmy nauczyły się efektywniej wykorzystywać pierwiastek przez miliony lat, ponieważ jego obecność w środowisku ulegała wahaniom.

Zgodnie z tą nową teorią oceany Ziemi utraciły większość rozpuszczalnego żelaza z powodu nadmiaru tlenu w atmosferze. Kiedy woda i żelazo w postaci stałej reagują w obecności tlenu, żelazo szybko się utlenia, co jest jeszcze trudniejsze dla organizmów.

Aby wychwycić pierwiastek w tej formie, komórki muszą rozwinąć małe cząsteczki organiczne zwane nośnikami żelaza. Obecnie prawie wszystkie bakterie, rośliny i grzyby mają takie struktury, ale miliardy lat temu stanowiło to nową formę przetrwania.

Kiedy formy życia z nośnikami żelaza zaczęły gromadzić się w pobliżu ograniczonej liczby źródeł geologicznych bogatych w żelazo, naukowcy są przekonani, że zatłoczenie nieuchronnie prowadziło do „coraz bardziej złożonych interakcji międzykomórkowych”.

Na przykład archeony w źródłach termalnych Yellowstone mogą naprawdę rozwijać się tylko na matach z tlenku żelaza. Chociaż współczesne eukarionty mogą przetrwać poza tymi źródłami geologicznymi, o ile dostępne są biologiczne formy żelaza.

„Chociaż biodostępne żelazo zostało wyczerpane, przez cały okres powrotu do zdrowia po GOE i jego późniejszej dywersyfikacji (i przejściu przez inne kolejne masowe wymieranie), żelazo zachowało priorytet w układach biologicznych” pisać.

„Przypuszczalnie dzieje się tak dlatego, że żelazo ma wyjątkowe właściwości elektrochemiczne, które umożliwiają lub sprawiają, że szereg procesów biochemicznych jest wydajnych, że inne pierwiastki nie mogą być szeroko zastąpione żelazem w białkach bez powodowania poważnego defektu”.

Całkowity brak substytucji żelaza oznaczał, że organizmy musiały konkurować, oszukiwać lub współpracować, aby przetrwać po GOE, a te zmiany spowodowały z czasem poważne adaptacje w genomach i zachowaniach komórkowych.

Kiedy jest najpóźniej? Neoproterozoiczne zdarzenie tlenowe Wydarzenie sprzed około 500 milionów lat tylko zaostrzyło te zmiany.

Dlatego życie na Ziemi mogło zacząć się od obfitości żelaza, ale dopiero gdy żelaza zaczęło brakować, te formy życia zaczęły rosnąć w złożoność.

Biorąc pod uwagę, że wzrost dwutlenku węgla w atmosferze₂ Niedobór żelaza może zwiększyć łańcuch pokarmowy, a naukowcy twierdzą, że musimy dowiedzieć się więcej o tym, jak życie dostosowuje się do przypływów i odpływów tego ważnego pierwiastka.

Wyniki wskazują również na możliwy sposób pomiaru potencjału życia na innych planetach, takich jak Mars, gdzie w płaszczu znajduje się również tlenek żelaza. Jeśli ta planeta jest wystarczająco bogata w żelazo, może to wskazywać na możliwość schronienia dla najprostszych form życia.

Wyszukiwanie zostało opublikowane w PNAS.