酸素は地球の大気の21％を占めており、呼吸にはそれが必要です。古代の細菌は、酸素がDNAに損傷を与えるのを防ぐ保護酵素を進化させましたが、これを行うにはどのような進化的動機が必要でしたか？研究者たちは、氷河氷の表面に当たる紫外線が分子状酸素を放出する可能性があることを発見しました。この氷の近くに住んでいる細菌のコロニーは、この防御防御を進化させる必要があったでしょう。その後、通常は有毒である他の細菌によって生成される大気中の酸素の成長を処理するために十分に装備されました。
25億年前、私たちの進化の祖先が細菌の原形質膜のきらめきに過ぎなかったとき、光合成として知られているプロセスが突然分子酸素を地球の大気に放出する能力を獲得し、その中で最大の環境変化の1つを引き起こしました私たちの惑星の歴史。責任を負うと考えられている生物は、水、二酸化炭素、太陽光を酸素と糖に変える能力を進化させたシアノバクテリアであり、すべての緑の植物の藍藻と葉緑体として今日でも存在しています。
しかし、研究者たちは、シアノバクテリアがどのようにして自分たちを毒することなくそのすべての酸素を作り出すことができるのかについて長い間戸惑っていました。酸素の生成で自然に発生するヒドロキシルラジカルによってDNAが破壊されるのを防ぐために、シアノバクテリアは保護酵素を進化させなければならなかっただろう。しかし、シアノバクテリアがこれらの酵素の必要性がまだ存在していなかったとしても、それらが自然選択によってどのように進化したのでしょうか？
現在、カリフォルニア工科大学の2つのグループの研究者が、シアノバクテリアがこの一見絶望的な矛盾をどのようにして回避できたかを説明しています。 12月12日の全米科学アカデミー（PNAS）のプロシーディングスで報告され、今週オンラインで公開されたグループは、氷河氷の表面に当たる紫外線が凍結酸化剤の蓄積と最終的な分子酸素の放出につながる可能性があることを示しています。海と大気。この毒のトリクルは、シアノバクテリアを含むさまざまな微生物の酸素保護酵素の進化を促進する可能性があります。惑星科学の教授であるYuk Yungと、地球生物学のVan Wingen教授であるJoe Kirschvinkによると、UV過酸化物溶液は「かなりシンプルでエレガント」です。
「大気中に酸素が現れる前は、紫外線が表面に当たるのを防ぐためのオゾンスクリーンはありませんでした」とキルシュビンクは説明します。 「UVライトが水蒸気に当たると、スーパーマーケットで購入した髪のブリーチ用のもののような過酸化水素に、さらに水素ガスが少し変換されます。
「通常、この過酸化物は逆反応のためにあまり長くは続きませんが、氷河作用の間、過酸化水素は水の凝固点より1度下で凍結します。紫外線が氷河の表面まで浸透したとしたら、少量の過酸化物が氷河の氷に閉じ込められていただろう。」このプロセスは今日、南極でオゾンホールが形成されるときに起こり、強い紫外線が氷に当たるようになります。
地球の大気またはUVスクリーンに酸素が存在する前は、氷河の氷が海に流れ落ち、溶けて微量の過酸化物を直接海水に放出し、そこで別の種類の化学反応が過酸化物を水に戻しました。そして酸素。これは、有機体を殺す紫外線から遠く離れた場所で起こりましたが、酸素は非常に低レベルであり、シアノバクテリアは酸素中毒を避けたでしょう。
「海は酸素保護酵素が進化する美しい場所でした」とキルシュビンクは言います。 「そしてこれらの保護酵素が配備されると、酸素光合成の進化と、有酸素呼吸が可能になり、細胞が実際に酸素を呼吸できるようになりました。」
理論の証拠は、現在台湾の台北にあるアカデミアシニカの環境変化研究センターにいるカルテックの惑星科学の最近の卒業生である筆頭著者であるダニーリャンの計算に基づいています。
Liang氏によると、23億年前、シアノバクテリアが酸素生成能力を進化させた時期に、マガニエンスノーボールアースとして知られる深刻な凍結が起こりました。スノーボールアースエピソードの期間中、現在の大気とほぼ同じ量の酸素を生成するのに十分な過酸化物が貯蔵されている可能性があります。
追加の証拠として、この推定酸素レベルは、全世界でマンガンの経済的予備力の80％を占める南アフリカのカラハリマンガンフィールドの堆積を説明するのにも十分です。この堆積物は、Makganyene Snowballの最後の地質学的痕跡のすぐ上にあります。
「この氷河作用の後、マンガンを海水から放出したのは、シアノバクテリアのブルームだと私たちは以前考えていました」とLiang氏は言います。 「しかし、それはスノーボール後の過酸化物分解からの酸素であったのかもしれません。」
Kirschvink、Yung、Liangのほかに、MITの生物医学工学センターのHyman HartmanとCaltechの地球生物学の大学院生であるRobert Koppも著者です。ハートマンは、NASAエイムズリサーチセンターのクリスマッケイとともに、酸素の光合成の起源と進化において過酸化水素が果たす役割について初期の提唱者でしたが、彼らは地球の先カンブリア時代の環境におけるそれの良い無機源を特定できませんでした。
元のソース：Caltechニュースリリース
