پروتئین های باستانی نورگیر که برای دیدن آنها به آنها تکیه می کنیم می توانند به ما در یافتن حیات بیگانه کمک کنند

پروتئین های باستانی نورگیر که برای دیدن آنها به آنها تکیه می کنیم می توانند به ما در یافتن حیات بیگانه کمک کنند

آیا زندگی ساده را در جایی کشف خواهیم کرد؟ شاید در انسلادوس یا اروپا در منظومه شمسی ما، یا دورتر در یک سیاره فراخورشیدی؟

از آنجایی که ما در کاوش منظومه شمسی و مطالعه سیارات فراخورشیدی مهارت بیشتری پیدا می کنیم، چشم انداز یافتن حیات ساده از سیاره خارج می شود. قلمرو خلاقانه علمی تخیلی و برنامه ریزی ماموریت مشخص.

 

با نزدیک شدن به روز امیدوارکننده اکتشاف، زمان خوبی است که بپرسید: این زندگی بالقوه ممکن است چگونه باشد؟

گروهی از محققان در دانشگاه کالیفرنیا ، ریورساید، به زمین باستان و برخی از اولین ساکنان آن نگاه کرد تا روشن کند که زندگی ساده در جهان های دیگر چگونه ممکن است به نظر برسد و جو آن چگونه باشد.

زمین در حال حاضر بسیار متفاوت از زمانی است که در آن زمان وجود داشت. میزبانی فقط زندگی ساده رویداد بزرگ اکسیژن‌رسانی (GOE) زمین را برای همیشه تغییر داد و آن را در مسیر تبدیل شدن به سیاره‌ای قرار داد که امروز است. جو غنی از اکسیژن و زندگی پیچیده. قبل از GOE، جو زمین بسیار متفاوت بود و زندگی باعث تغییر شد. این تاریخچه مختصر یک واقعیت مهم را نشان می‌دهد: زندگی و محیط آن در هم تنیده شده‌اند.

اشکال اولیه حیات زمین در محیطی نسبتاً فقیر از نظر انرژی، در جوی فقیر از اکسیژن زندگی می‌کردند.

نور خورشید. تنها انرژی در دسترس بود و مدت‌ها قبل از تکامل فتوسنتز، اشکال حیات به‌طور متفاوتی از نور خورشید استفاده می‌کردند.

آنها از پروتئین‌هایی به نام  استفاده کردند. رودوپسین‌ها برای جذب انرژی خورشیدی، و این پروتئین‌ها روش ساده‌تری برای استفاده از انرژی خورشید نسبت به فتوسنتز پیچیده‌تر بودند.

 

“در زمین اولیه، انرژی ممکن است بسیار کمیاب بوده‌اند. باکتری‌ها و باستانی‌ها متوجه شدند که چگونه از انرژی فراوان خورشید بدون مولکول‌های زیستی پیچیده مورد نیاز برای فتوسنتز استفاده کنند، گفت ادوارد شویترمن، اخترزیست شناس UC Riverside در یک بیانیه مطبوعاتی.

Schwieterman یکی از نویسندگان یک مطالعه جدید است که در Molecular Biology and Evolution منتشر شده است. این مطالعه “اولین سوله‌های ناحیه فوتیک کاوش شده توسط رودوپسین میکروبی اجدادی است. /a>” و سرپرست این مطالعه بتول کاکار، اختر زیست شناس در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون است.

برای اثبات مفید بودن، رودوپسین ها با اشکال اولیه زندگی که منشا آن ها بودند ناپدید نشدند. آنها امروزه در موجودات زنده، از جمله ما، گسترده شده اند. آنها در میله های شبکیه چشم ما وجود دارند، جایی که مسئول بینایی در نور کم هستند. آنها همچنین در زندگی مدرن و ساده در مکان هایی مانند حوضچه های نمک یافت می شوند.

حضور آنها در زندگی مدرن پیوندی به تاریخچه تکاملی رودوپسین ها ارائه می دهد. محققان در حال بررسی این پیوند با استفاده از یادگیری ماشینی و توالی یابی پروتئین هستند. با استفاده از این ابزارها، محققان می‌توانند تکامل پروتئین‌ها را در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناختی ردیابی کنند.

نگاهی به زندگی و جو زمین در حال حاضر نشانه خوبی از چگونگی جستجوی حیات در جهان‌های دیگر نیست. جو کنونی ما غنی از اکسیژن است، اما جو زمین اولیه ممکن است بیشتر شبیه زهرهباشد. >’، طبق برخی تحقیقات.

 

با ردیابی چگونگی تکامل رودوپسین ها، نویسندگان مقاله جدید یک شجره خانوادگی برای پروتئین ها ساختند. آن‌ها توانستند رودوپسین‌ها را بین ۲.۵ تا ۴ میلیارد سال پیش بازسازی کنند.

بخش عمده‌ای از جستجوی ما برای حیات بر اتمسفر سیاره‌ای متمرکز است. مولکول‌های جوی خاص می‌توانند نشانگرهای زیستی باشند، اما برای اینکه بدانیم کدام یک می‌توانند وجود حیات ساده و اولیه را نشان دهند، باید با جزئیات بدانیم جو اولیه زمین زمانی که سیاره میزبان حیات ساده بود، چگونه بوده است.

نویسندگان نوشتن در ابتدای مقاله خود، و این زمینه را برای نتایجی که ارائه می دهند آماده می کند.

“زندگی مانند ماست. بدانیم که این به همان اندازه که بیانگر شرایط سیاره ماست به همان اندازه که خود حیات است. ما توالی های DNA باستانی یک مولکول را احیا کردیم و به ما اجازه داد تا با زیست شناسی و محیط گذشته ارتباط برقرار کنیم.” گفت سرپرست مطالعه، Kacar.

تحقیق این تیم به موازات آزمایش شجره نامه ای است که امروزه در دسترس ما است. ما می توانیم DNA خود را ارسال کنیم و چیزهای زیادی در مورد اینکه از کجا آمده ایم بیاموزیم. کار شدید این تیم بسیار عمیق‌تر از آن است، اما مقایسه مفید است.

 

“مثل این است که DNA بسیاری از نوه‌ها را برای بازتولید DNA پدربزرگ و مادربزرگشان گرفته‌ایم. شویترمن گفت.

محققان تفاوت‌هایی را بین رودوپسین‌های قدیمی و مدرن در نوری که جذب می‌کردند کشف کردند. بر اساس بازسازی های ژنتیکی، رودوپسین های باستانی نور آبی و سبز را جذب می کردند، در حالی که رودوپسین های مدرن نور آبی، سبز، زرد و نارنجی را جذب می کردند. این سرنخی از تفاوت های زیست محیطی بین زمین باستان و مدرن است.

ما می دانیم که زمین باستان لایه ازن قبل از GOE، که حدود ۲ تا ۲.۴ میلیارد سال پیش رخ داد.

لایه ازن نمی تواند بدون اکسیژن آزاد در جو و بدون وجود یک لایه ازن، حیات روی زمین در معرض تشعشعات UV بسیار بیشتری نسبت به آنچه اکنون است قرار داشت.

در حال حاضر، لایه ازن زمین بین ۹۷ تا ۹۹ درصد از UV خورشید را جذب می کند.

محققان فکر می کنند که توانایی رودوپسین های باستانی در جذب نور آبی و سبز و نه نور زرد و نارنجی به این معنی است که حیات متکی بر آن در عمق چندین متری ستون آب زندگی می کرد. ستون آب بالای موجودات از آنها در برابر تشعشعات شدید UVB در سطح آب محافظت می کرد.

پس از GOE، لایه اوزون از تابش UV خورشید محافظت کرد و زندگی رودوپسین های مدرن تری را تکامل داد که می توانند بیشتر جذب کنند. سبک. بنابراین رودوپسین های مدرن می توانند نور زرد و نارنجی را همراه با نور آبی و سبز جذب کنند.

رودوپسین های مدرن می توانند نوری را جذب کنند که رنگدانه های کلروفیل فتوسنتزی نمی توانند. رودوپسین‌های مدرن و فتوسنتز با جذب نور متفاوت یکدیگر را تکمیل می‌کنند، هرچند که مکانیسم‌های نامرتبط و مستقلی هستند. این رابطه مکمل کمی معما را در تکامل نشان می‌دهد.

“این نشان‌دهنده تکامل مشترک است، به این معنا که یک گروه از ارگانیسم‌ها از نوری استفاده می‌کنند که توسط دیگری جذب نشده است،” Schwieterman گفت “این ممکن است به این دلیل باشد که رودوپسین ها ابتدا رشد کردند و نور سبز را از بین بردند، بنابراین کلروفیل ها بعداً برای جذب بقیه ایجاد شدند. یا ممکن است برعکس اتفاق بیفتد.”

بسیاری از سرنخ ها از طبیعت زندگی اولیه زمین در زمین شناسی گنجانده شده است. دانشمندان به طور معمول سنگ‌های باستانی را مطالعه می‌کنند تا بفهمند حیات اولیه چگونه زنده مانده و تکامل یافته است.

آنها همچنین رفتار خورشید و میزان انرژی آن به سطح سیاره را با تغییر زمین در طول زمان مطالعه می‌کنند. اما اکنون آنها ابزار دیگری دارند.

نویسندگان در مقاله خود توضیح دهید.

در در زندگی باستانی، رودوپسین ها به عنوان نوعی پمپ پروتون عمل می کردند. یک پمپ پروتون یک گرادیان انرژی در شکل زندگی ایجاد می کند. این جدا از فتوسنتز است که انرژی شیمیایی برای زنده ماندن ارگانیسم تولید می کند. پمپ پروتون و گرادیان انرژی باعث ایجاد تفاوت در پتانسیل الکتروشیمیایی در سراسر غشای سلولی می شوند. این مانند یک باتری است زیرا گرادیان انرژی را برای استفاده بعدی ارائه می دهد.

اما به عنوان افرادی که از نظر علمی کنجکاو هستند، نیازی به دانستن دقیق نحوه عملکرد آنها نداریم. ما می‌توانیم درک کنیم که چگونه آنها می‌توانند به ما کمک کنند جو سیاره‌های فراخورشیدی مشابه زمین اولیه و حیات ساده‌ای را که در آنجا رشد کرده است شناسایی کنیم.

این تیم می‌گوید که می‌توانند از اطلاعات رمزگذاری‌شده در زیست‌مولکول‌ها برای درک جایگاه‌هایی استفاده کنند که حیات باستانی زنده مانده است. در هیچ کجای سوابق دیرینه شناسی ما وجود دارد. آنها از آنها به عنوان حسگرهای دیرینه یاد می کنند.

محققان می گویند که از آنجایی که “… تنوع عملکردی و تنظیم طیفی این خانواده پروتئینی متنوع از نظر طبقه بندی…” همراه است، رودوپسین ها یک بستر آزمایشگاهی عالی برای شناسایی علائم زیستی قابل تشخیص از راه دور در سیارات فراخورشیدی هستند.

آنها قصد دارند از تکنیک‌های زیست‌شناسی مصنوعی برای درک رودوپسین‌های باستانی، چگونگی کمک به شکل‌دهی جو باستانی زمین و نحوه شکل‌دهی جو سیارات فراخورشیدی استفاده کنند.

“ما DNA باستانی را در ژنوم‌های مدرن مهندسی می‌کنیم و اشکالات را دوباره برنامه‌ریزی می‌کنیم تا رفتاری را که ما فکر می‌کنیم میلیون‌ها سال پیش انجام می‌دادند، انجام دهیم. Rhodopsin یک نامزد عالی برای مطالعات آزمایشگاهی سفر در زمان است،” Kacar گفت.

برخی شواهد از زندگی اولیه و جو زمین از ما پنهان است. اما روش تیم غلبه بر برخی موانع در جستجوی ما برای آن شواهد است. چه کسی می‌داند که ما را به کجا می‌برد.

«مطالعه ما برای اولین بار نشان می‌دهد که تاریخچه رفتاری آنزیم‌ها قابل بازسازی تکاملی هستند، به گونه‌ای که امضاهای زیستی مولکولی مرسوم نیستند.» Kacar گفت .

هر چه بیشتر درباره زمین اولیه بیاموزیم، بیشتر در مورد جهان های دیگر می آموزیم. اگر چندین سیاره از حیات پشتیبانی می کنند، احتمالاً هر یک مسیر متفاوتی را در مسیر خود برای میزبانی از حیات طی کرده اند. اما تشابهاتی در شیمی و فیزیک پشت آن وجود خواهد داشت. و همانطور که در اینجا روی زمین وجود دارد، تعامل بین حیات و محیط زیست باید تاریخ جهان های دیگر را شکل دهد.

“تکامل مشترک محیط و زندگی در اوایل تاریخ زمین به عنوان الگویی برای پیش بینی عمل می کند. نویسندگان نوشتن در مقاله خود.

“زمین اولیه در مقایسه با دنیای امروز ما یک محیط بیگانه است. درک اینکه چگونه موجودات در اینجا با گذشت زمان و در محیط های مختلف تغییر کرده اند، چیزهای مهمی را در مورد چگونگی جستجو و شناخت حیات در جای دیگر به ما می آموزد.” شویترمن گفت.

این مقاله در اصل توسط Universe Today منتشر شده است. مقاله اصلی.

 

برچسب‌ها:

نظرات کاربران

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.