Kansainvälinen tutkijaryhmä on tunnistanut molekyylin, joka saattaa olla puuttuva lenkki fotosynteesin ja aerobisen aineenvaihdunnan välillä. Tätä molekyyliä, jota kutsutaan metyyl-plastoquinoniksi, löytyi typpeä käyttävästä bakteerista, Nitrospirota, ja sillä on samankaltaisia ominaisuuksia kuin kasvien fotosynteesissä käyttämillä.
Kvinoonit, molekyylit, joita esiintyy kaikissa elämän muodoissa, on aiemmin luokiteltu kahteen kategoriaan: hapen tarvitsevat ja hapettomat. Metyyl-plastoquinonin löytäminen viittaa kolmannen tyyppisen kvinoonin olemassaoloon, joka saattaa olla kahden muun alkuperä.
Tämä löytö valaisee uutta valoa Suurelle Happi- tapahtumalle, ajanjaksolle noin 2,3–2,4 miljardia vuotta sitten, jolloin syanobakteerit alkoivat tuottaa merkittäviä määriä happea fotosynteesin avulla. Metyyl-plastoquinonin läsnäolo hapen hengittävissä bakteereissa ennen tätä ajanjaksoa viittaa siihen, että jotkut bakteerit pystyivät jo käyttämään happea ennen kuin syanobakteerit alkoivat sitä tuottaa.
Tutkijat arvioivat, että tämä molekyyli on aikakapseli, elävä fossiili, joka on selviytynyt yli 2 miljardia vuotta. Se saattaa olla kvinoonien esi-isä, joka on myöhemmin monimuotoistunut ja antanut syntyä kasvien ja ihmisten mitokondrioiden käyttämiin kvinooneihin.
Tämä tutkimus, joka on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -julkaisussa, avaa uusia näkökulmia aerobisen aineenvaihdunnan evoluutioon ja siihen, miten organismit ovat oppineet hengittämään happea turvallisesti. Se korostaa myös kemiallisten järjestelmien monimutkaisuutta, jotka mahdollistavat solujemme selviytymisen hapekkaassa ympäristössä.
Tämä tutkimus tuo myös esiin hapen aiheuttamien vaurioiden suojausmekanismien tärkeyden, jotka ovat mahdollistaneet elämän monimuotoistumisen sellaisena kuin tunnemme sen tänään. Metyyl-plastoquinonin löytäminen saattaa olla avain ymmärtää, miten elämä on kehittynyt sopeutumaan hapekkaaseen maailmaan.
mitä Suuri Happi-tapahtuma on?
Suuri Happi-tapahtuma on kriittinen ajanjakso maan historiassa, joka tapahtui noin 2,3–2,4 miljardia vuotta sitten. Se merkitsee hetkeä, jolloin syanobakteerit, eräänlainen levä, alkoivat tuottaa merkittäviä määriä happea fotosynteesin avulla.Tämä hapen tuotanto muutti radikaalisti maapallon ilmakehää, tehden siitä hapekkaan ja aerobisen elämän mahdollistavan. Ennen tätä tapahtumaa maapallon ilmakehä oli hapen köyhä ja elämä oli pääasiassa anaerobista.
Suuri Happi-tapahtuma mahdollisti aerobisten organismien syntymisen ja monimuotoistumisen, jotka käyttävät happea aineenvaihdunnassaan. Tämä avasi tien elämän monimutkaistumiselle maapallolla, mikä johti lopulta monisoluisen elämän ja paljon myöhemmin ihmisten esiintymiseen.
Kuitenkin hapen lisääntyminen ilmakehässä johti myös merkittäviin ympäristön muutoksiin, mukaan lukien massakuolemia anaerobisille organismeille, jotka eivät voineet sietää korkeita happitasoja.
Miten kvinoonit vaikuttavat aineenvaihduntaan?
Kvinoonit ovat olennaisia molekyylejä, joita esiintyy kaikissa elämän muodoissa. Ne näyttelevät keskeistä roolia aineenvaihduntaprosesseissa, erityisesti elektroninsiirtoketjussa, joka on ratkaiseva energian tuotannossa soluissa.Kvinooneja on kahta päätyyppiä: aerobisia kvinooneja, jotka tarvitsevat happea toimiakseen, ja anaerobisia kvinooneja, jotka eivät tarvitse sitä. Aerobisia kvinooneja käytetään kasveissa fotosynteesissä sekä eläimissä ja bakteereissa hengittämiseen.
Metyyl-plastoquinonin löytäminen, kolmas kvinooniversio, viittaa evolutiiviseen siirtymään anaerobisten ja aerobisten kvinoonien välillä. Tämä molekyyli saattaa olla puuttuva lenkki aerobisen aineenvaihdunnan evoluutiossa.
Kvinoonit ovat siis perustavanlaatuisia ymmärtämään, miten organismit ovat kehittyneet käyttämään happea tehokkaasti ja turvallisesti, mahdollistaen näin elämän monimuotoistumisen maapallolla.