lique_bez (lique_bez) wrote,
lique_bez
lique_bez

Три вида древних бактерий по-разному научились дышать кислородом

Ученые из США и Австралии проанализировали геном трех дошедших до нас классов цианобактерий. Оказалось, что их общий предок фотосинтезировать не умел, а способный к этому класс научился всему сам. При этом аэробным дыханием обладают все три, и приобретено оно было, судя по всему, независимо. Работа опубликована в журнале Science.

Один из бесчисленных признаков, по которым биологи делят живое — способ получения органических веществ. Две основные группы — это гетеротрофы и автотрофы. Первые не способны синтезировать органические соединения из неорганических и вынуждены получать их, употребляя в пищу вторых. Автотрофы же прекрасно справляются с задачей, например, сделать из углекислого газа и воды — глюкозу, из-за чего их нередко заслуженно называют основой жизни на Земле. Однако, для реализации своих способностей им требуется энергия. Ее они получают разными способами. Самые первые обитатели Земли предположительно были хемоавтотрофами, то есть получали энергию из окислительно-восстановительных реакций. Они «встраивались» в естественные процессы, значительно ускоряя их, а выделяющуюся энергию запасали для своих нужд. Например, ученые рассказывали о существовавших около 2,5 миллиардов лет назад сероокисляющих бактериях.


Второй способ добыть энергию — фотосинтез — возник позднее. В этом случае источником энергии служит солнечный свет, и овладевших им существ относят к фотоавтотрофам, которых делят на оксигенных и аноксигенных, то есть выделяющих и не выделяющих кислород в качестве побочного продукта. Первыми, судя по всему, появились аноксигенные, и на тот момент атмосфера Земли практически не содержала кислород и была восстановительной.

Все начало меняться c появлением оксигенных фотоавтотрофов. Поначалу они не оказывали заметного влияния — выделяемый ими кислород расходовался на окисление атмосферных газов и горных пород, а высокое его содержание достигалось только в пределах так называемых «кислородных оазисов», населенных бактериями. Но вскоре субстрат для окисления закончился и кислород начал насыщать атмосферу, что привело к событиям, известным как «кислородная катастрофа». В результате атмосфера превратилась в окислительную, а ютиться по «оазисам» пришлось уже анаэробам. Описанные события способствовали развитию аэробного дыхания и сложной многоклеточной жизни, чем кардинально изменили ход эволюции.



Ученые считают, что первыми оксигенными фотосинтетиками были цианобактерии. Исследование 16S рРНК современных цианобактерий позволяет выделить минимум три класса: Oxyphotobacteria, Melainabacteria, и основную ветвь — ML635J-21. При этом для последнего нет данных ни о геноме, ни о метаболизме. Чтобы устранить этот пробел, ученые провели анализ метагеномных данных и собрали три варианта принадлежащих ML635J-21 геномов, попутно предложив сменить название на Sericytochromatia. Кроме того, базы данных обогатились новыми последовательностями, относящимися к Melainabacteria.

То, что ни Sericytochromatia, ни Melainabacteria не обладают необходимыми для фотосинтеза генами, означает неспособность к нему и общего предка всех трех классов. Соответственно, Oxyphotobacteria приобрели эту способность уже после их расхождения с Melainabacteria. При этом, несмотря на способность к фотосинтезу только одного класса, аэробным дыханием обладают все три, но используют для этого чрезвычайно разные наборы белков.



Самый скромный вывод, который можно сделать из полученных данных — такой: общий предок цианобактерий не использовал кислород, а аэробное дыхание все три класса приобрели самостоятельно уже после их расхождения. Кроме того, отсутствие аэробного дыхания у предков цианобактерий означает, что до появления большого количества кислорода в результате фотосинтеза, абиотических его источников на ранней Земле было недостаточно для развития аэробного дыхания. В целом, полученные данные подтверждают гипотезу, постулирующую, что кислородная катастрофа стала результатом появления оксигенного фотосинтеза, а аэробное дыхание появилось после изобретения оксигенного фотосинтеза. Совсем недавно ученые в некотором смысле повторили путь эволюции, собрав в искусственной клетке фотосинтетический аппарат.

Tags: Австралия, США, исследования, наукотех
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Наукотех: Плойки детям не игрушки?

    ФБР в октябре этого года отправило Sony судебный ордер. Японская компания должна была предоставить информацию о пользователе, предположительно…

  • Общество: Дела личные и дела церковные

    Вы думали, что я всё? Того...? А ничего подобного! Жизнь, как говорится, бьет ключом, преимущественно гаечным и по голове... В общем забросила я…

  • О том, как США и Туркменистан "дружат"

    США, которые часто заявляют, что в основе их политики лежат демократические ценности, продолжают развивать экономические связи с Туркменистаном.…

promo lique_bez january 1, 2017 00:00 140
Buy for 6 000 tokens
С момента старта прошлого френдомарафона прошел почти год, поэтому я решила запустить новый! Друзей у человека может быть столько, сколько он сам способен их создать, а друзьями могут называться все люди, которых вы сами таковыми считаете, и общаясь с которыми, вы чувствуете тепло в своей душе,…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments