Los investigadores encuentran que las primeras bacterias tenían las herramientas para realizar un paso crucial en la fotosíntesis, cambiando la forma en que pensamos que la vida evolucionó en la Tierra.
El hallazgo también desafía las expectativas sobre cómo podría haber evolucionado la vida en otros planetas. Se cree que la evolución de la fotosíntesis que produce oxígeno es el factor clave en la eventual aparición de vida compleja. Se pensó que esto tomaría varios miles de millones de años en evolucionar.pero si, de hecho, la vida más temprana pudo hacerlo, entonces otros planetas pueden haber desarrollado una vida compleja mucho antes de lo que se pensaba.
El equipo de investigación, dirigido por científicos del Imperial College de Londres, rastreó la evolución de las proteínas clave necesarias para la fotosíntesis hasta posiblemente el origen de la vida bacteriana en la Tierra. Sus resultados se publican y se pueden acceder libremente en BBA - Bioenergética .
El investigador principal, el Dr. Tanai Cardona, del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dijo: "Anteriormente habíamos demostrado que el sistema biológico para realizar la producción de oxígeno, conocido como Fotosistema II, era extremadamente antiguo, pero hasta ahora no lo habíamos hecho".he podido colocarlo en la línea de tiempo de la historia de la vida. Ahora, sabemos que el Fotosistema II muestra patrones de evolución que generalmente solo se atribuyen a las enzimas más antiguas conocidas, que fueron cruciales para que la vida misma evolucionara ".
La fotosíntesis, que convierte la luz solar en energía, puede presentarse en dos formas: una que produce oxígeno y otra que no lo hace. Por lo general, se asume que la forma productora de oxígeno ha evolucionado más tarde, particularmente con la aparición de cianobacterias o azul-algas verdes, hace unos 2.500 millones de años.
Si bien algunas investigaciones han sugerido que los focos de fotosíntesis que producen oxígeno oxigenada pueden haber existido antes de esto, todavía se consideraba una innovación que tardó al menos un par de miles de millones de años en evolucionar en la Tierra.
La nueva investigación encuentra que las enzimas capaces de realizar el proceso clave en la fotosíntesis oxigenada - dividir el agua en hidrógeno y oxígeno - en realidad podrían haber estado presentes en algunas de las primeras bacterias. La evidencia más temprana de vida en la Tierra es de más de 3.400 millones.años y algunos estudios han sugerido que la vida más temprana bien podría tener más de 4 mil millones de años.
Al igual que la evolución del ojo, la primera versión de la fotosíntesis oxigenada puede haber sido muy simple e ineficiente; como los primeros ojos solo percibían la luz, la fotosíntesis más temprana puede haber sido muy ineficiente y lenta.
En la Tierra, las bacterias tardaron más de mil millones de años en perfeccionar el proceso que condujo a la evolución de las cianobacterias, y dos mil millones de años más para que los animales y las plantas conquistaran la tierra. Sin embargo, esa producción de oxígeno estaba presente tan tempranoEn medios en otros entornos, como en otros planetas, la transición a la vida compleja podría haber tomado mucho menos tiempo.
El equipo hizo su descubrimiento rastreando el 'reloj molecular' de las proteínas clave de la fotosíntesis responsables de dividir el agua. Este método estima la tasa de evolución de las proteínas al observar el tiempo entre los momentos evolutivos conocidos, como la aparición de diferentes grupos decianobacterias o plantas terrestres, que llevan una versión de estas proteínas en la actualidad. La tasa de evolución calculada se extiende hacia atrás en el tiempo para ver cuándo evolucionaron las proteínas por primera vez.
Compararon la tasa de evolución de estas proteínas de fotosíntesis con la de otras proteínas clave en la evolución de la vida, incluidas las que forman moléculas de almacenamiento de energía en el cuerpo y las que traducen secuencias de ADN en ARN, que se cree que se originó antes de laancestro de toda la vida celular en la Tierra. También compararon la tasa con eventos conocidos que ocurrieron más recientemente, cuando la vida ya era variada y habían aparecido cianobacterias.
Las proteínas de la fotosíntesis mostraron patrones de evolución casi idénticos a los de las enzimas más antiguas, que se remontan al pasado, lo que sugiere que evolucionaron de manera similar.
El primer autor del estudio, Thomas Oliver, del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dijo: "Hemos utilizado una técnica llamada Reconstrucción de Secuencia Ancestral para predecir las secuencias de proteínas de las proteínas fotosintéticas ancestrales. Estas secuencias nos brindan información sobre cómoEl Fotosistema II habría funcionado y pudimos demostrar que muchos de los componentes clave necesarios para la evolución del oxígeno en el Fotosistema II se remontan a las primeras etapas de la evolución de la enzima ".
Saber cómo evolucionan estas proteínas clave de la fotosíntesis no solo es relevante para la búsqueda de vida en otros planetas, sino que también podría ayudar a los investigadores a encontrar estrategias para usar la fotosíntesis de nuevas formas a través de la biología sintética.
El Dr. Cardona, quien lidera un proyecto como parte de su Beca de Líderes Futuros de UKRI, dijo: "Ahora tenemos una buena idea de cómo evolucionan las proteínas de la fotosíntesis, adaptándose a un mundo cambiante, podemos usar la 'evolución dirigida' para aprendercómo cambiarlos para producir nuevos tipos de química. Podríamos desarrollar fotosistemas que podrían llevar a cabo reacciones químicas nuevas y complejas, ecológicas y sostenibles, totalmente alimentadas por la luz ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Original escrito por Hayley Dunning. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :