Esta enzima permitió a la vida conquistar una Tierra hostil
Por Charles Q. Choi, para Space.com Agosto 29 de 2017
Las computadoras están simulando las versiones ancestrales de la proteína más común en la Tierra, dando a los científicos una visión sin par en el desarrollo de la vida temprana de aprovechar la energía del sol y la producción de oxígeno.
Estos hallazgos podrían arrojar luz sobre la evolución de la vida extraña en otras partes del Universo, dijeron los investigadores. Recientemente detallaron sus hallazgos en la versión en línea de la revista Geobiology.
La fotosíntesis, que utiliza la energía de la luz solar para crear azúcares y otras moléculas orgánicas a base de carbono a partir de dióxido de carbono gas, ha jugado un papel importante en la historia de la Tierra. La fotosíntesis apoya la existencia de plantas y otros organismos fotosintéticos a través de las tierras y los mares de la Tierra, que a su vez sostienen complejas telas de animales y otras formas de vida. También genera el oxígeno gas que ha alterado químicamente la cara del planeta.
Aunque el oxígeno constituye actualmente cerca de un quinto de la atmósfera de la tierra, muy temprano en la historia del planeta, el oxígeno era raro. "Nuestro planeta, durante gran parte de su historia, se asemejó a un lugar totalmente ajeno", dijo Betul Kacar, biólogo evolutivo y astrobiólogo de la Universidad de Harvard.La primera vez que el elemento absorbió la atmósfera de la Tierra en gran medida fue hace unos 2.500 millones de años en lo que se llama el Gran Evento de Oxidación. Investigaciones anteriores sugieren que este salto en los niveles de oxígeno fue casi seguramente debido a las cianobacterias - microbios que, como las plantas, fotosintétizan y producen oxígeno.
Estudiar cómo la vida evolucionó en las condiciones extraterrestres del pasado profundo de la Tierra puede arrojar luz sobre "condiciones que pueden alinearse más estrechamente con la temperatura o las composiciones atmosféricas de una amplia variedad de planetas fuera de nuestro Sistema Solar", dijo Kacar. En otras palabras, la investigación sobre la vida temprana en la Tierra podría ayudarnos a entender la posible vida alienígena en exoplanetas distantes.
El primer paso importante de la fotosíntesis es desencadenado por una enzima conocida como Rubisco. Investigaciones anteriores sugirieron que Rubisco es probablemente la proteína más abundante en la Tierra.
"El trabajo de Rubisco es absorber el dióxido de carbono del medio ambiente para que pueda transformarse en materia biológica", dijo Kacar.
Muchas versiones de Rubisco existen a través de una amplia gama de organismos, desde plantas hasta bacterias. Mucho sigue siendo incierto sobre cuando Rubisco evolucionó y cómo diversificó con el tiempo debido a los registros fósiles escasos de la vida temprana en la tierra. Aprender más sobre la evolución de Rubisco podría arrojar luz sobre lo que era la fotosíntesis temprana y qué cambios produjo en la Tierra. Tales hallazgos podrían dar una idea de los efectos que las versiones alienígenas de la fotosíntesis podrían tener en los planetas distantes.
Para averiguar el árbol genealógico de Rubisco, Kacar y sus colegas usaron modelos informáticos para analizar las estructuras moleculares de diferentes versiones de Rubisco. La comparación y el contraste de las diferentes versiones de Rubisco puede arrojar luz sobre la estrecha o lejana relación de todas estas proteínas pueden ser entre sí.
Este trabajo ayudó a los científicos a deducir las posibles estructuras de los miembros antiguos del árbol familiar de Rubisco. Los científicos luego resucitaron estas proteínas ancestrales en la computadora para ver cómo estas estructuras pudieron haberse comportado alguna vez.
Hay cuatro grupos principales, o formas de Rubisco y Rubisco-como proteínas. Los científicos se centraron en los llamados grupos de la Forma I y la Forma III. Las proteínas de la forma I se asocian con la oxia, o el aire cargado de oxígeno, e incluyen las formas de Rubisco que son dominantes hoy. Las enzimas de la Forma III están asociadas con anoxia, o falta de oxígeno, y la investigación previa sugirió que pueden ser los antepasados de todos los otros grupos de Rubisco.
Los nuevos hallazgos sugieren que Rubisco aparentemente sufrió un gran cambio durante la divergencia entre los tipos de Rubisco de la Forma I y la Forma III. Esto sugiere que el oxígeno, que era venenoso para la vida temprana en la Tierra, estimuló estos cambios. Específicamente, los investigadores sugieren que algunas formas de Rubisco se adaptaron a la presencia del oxígeno que ayudó indirectamente a generar. Estas formas de Rubisco se desarrollaron para no confundir el oxígeno con el dióxido de carbono.
"El dióxido de carbono y el oxígeno tienen aproximadamente el mismo tamaño y tienen características químicas similares, por lo que Rubisco puede confundir las dos moléculas", dijo Kacar. "Cuando Rubisco absorbe oxígeno en lugar de dióxido de carbono, no es posible producir biomasa porque no hay carbono en el oxígeno".
En última instancia, los investigadores quieren crear microbios que poseen versiones ancestrales de Rubisco. Pueden entonces comparar los rasgos químicos de tales microbios a las composiciones químicas de rocas antiguas para aprender más sobre qué acontecimientos pudo haber ocurrido en la tierra temprana, Kacar dijo.
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Por Charles Q. Choi, para Space.com Agosto 29 de 2017
Las computadoras están simulando las versiones ancestrales de la proteína más común en la Tierra, dando a los científicos una visión sin par en el desarrollo de la vida temprana de aprovechar la energía del sol y la producción de oxígeno.
Estos hallazgos podrían arrojar luz sobre la evolución de la vida extraña en otras partes del Universo, dijeron los investigadores. Recientemente detallaron sus hallazgos en la versión en línea de la revista Geobiology.
La fotosíntesis, que utiliza la energía de la luz solar para crear azúcares y otras moléculas orgánicas a base de carbono a partir de dióxido de carbono gas, ha jugado un papel importante en la historia de la Tierra. La fotosíntesis apoya la existencia de plantas y otros organismos fotosintéticos a través de las tierras y los mares de la Tierra, que a su vez sostienen complejas telas de animales y otras formas de vida. También genera el oxígeno gas que ha alterado químicamente la cara del planeta.
Aunque el oxígeno constituye actualmente cerca de un quinto de la atmósfera de la tierra, muy temprano en la historia del planeta, el oxígeno era raro. "Nuestro planeta, durante gran parte de su historia, se asemejó a un lugar totalmente ajeno", dijo Betul Kacar, biólogo evolutivo y astrobiólogo de la Universidad de Harvard.La primera vez que el elemento absorbió la atmósfera de la Tierra en gran medida fue hace unos 2.500 millones de años en lo que se llama el Gran Evento de Oxidación. Investigaciones anteriores sugieren que este salto en los niveles de oxígeno fue casi seguramente debido a las cianobacterias - microbios que, como las plantas, fotosintétizan y producen oxígeno.
Estudiar cómo la vida evolucionó en las condiciones extraterrestres del pasado profundo de la Tierra puede arrojar luz sobre "condiciones que pueden alinearse más estrechamente con la temperatura o las composiciones atmosféricas de una amplia variedad de planetas fuera de nuestro Sistema Solar", dijo Kacar. En otras palabras, la investigación sobre la vida temprana en la Tierra podría ayudarnos a entender la posible vida alienígena en exoplanetas distantes.
El primer paso importante de la fotosíntesis es desencadenado por una enzima conocida como Rubisco. Investigaciones anteriores sugirieron que Rubisco es probablemente la proteína más abundante en la Tierra.
"El trabajo de Rubisco es absorber el dióxido de carbono del medio ambiente para que pueda transformarse en materia biológica", dijo Kacar.
Muchas versiones de Rubisco existen a través de una amplia gama de organismos, desde plantas hasta bacterias. Mucho sigue siendo incierto sobre cuando Rubisco evolucionó y cómo diversificó con el tiempo debido a los registros fósiles escasos de la vida temprana en la tierra. Aprender más sobre la evolución de Rubisco podría arrojar luz sobre lo que era la fotosíntesis temprana y qué cambios produjo en la Tierra. Tales hallazgos podrían dar una idea de los efectos que las versiones alienígenas de la fotosíntesis podrían tener en los planetas distantes.
Para averiguar el árbol genealógico de Rubisco, Kacar y sus colegas usaron modelos informáticos para analizar las estructuras moleculares de diferentes versiones de Rubisco. La comparación y el contraste de las diferentes versiones de Rubisco puede arrojar luz sobre la estrecha o lejana relación de todas estas proteínas pueden ser entre sí.
Este trabajo ayudó a los científicos a deducir las posibles estructuras de los miembros antiguos del árbol familiar de Rubisco. Los científicos luego resucitaron estas proteínas ancestrales en la computadora para ver cómo estas estructuras pudieron haberse comportado alguna vez.
Hay cuatro grupos principales, o formas de Rubisco y Rubisco-como proteínas. Los científicos se centraron en los llamados grupos de la Forma I y la Forma III. Las proteínas de la forma I se asocian con la oxia, o el aire cargado de oxígeno, e incluyen las formas de Rubisco que son dominantes hoy. Las enzimas de la Forma III están asociadas con anoxia, o falta de oxígeno, y la investigación previa sugirió que pueden ser los antepasados de todos los otros grupos de Rubisco.
Los nuevos hallazgos sugieren que Rubisco aparentemente sufrió un gran cambio durante la divergencia entre los tipos de Rubisco de la Forma I y la Forma III. Esto sugiere que el oxígeno, que era venenoso para la vida temprana en la Tierra, estimuló estos cambios. Específicamente, los investigadores sugieren que algunas formas de Rubisco se adaptaron a la presencia del oxígeno que ayudó indirectamente a generar. Estas formas de Rubisco se desarrollaron para no confundir el oxígeno con el dióxido de carbono.
"El dióxido de carbono y el oxígeno tienen aproximadamente el mismo tamaño y tienen características químicas similares, por lo que Rubisco puede confundir las dos moléculas", dijo Kacar. "Cuando Rubisco absorbe oxígeno en lugar de dióxido de carbono, no es posible producir biomasa porque no hay carbono en el oxígeno".
En última instancia, los investigadores quieren crear microbios que poseen versiones ancestrales de Rubisco. Pueden entonces comparar los rasgos químicos de tales microbios a las composiciones químicas de rocas antiguas para aprender más sobre qué acontecimientos pudo haber ocurrido en la tierra temprana, Kacar dijo.
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