2019-08-22 23:45:01
地球上的早期生命受到酶的限制

酶 - 固氮酶 - 可以追溯到40亿年前所有细胞的普遍共同祖先。

仅在今天的细菌中发现,固氮酶对光合作用中的水产生氧气至关重要,这使得它有助于25亿年前水生细菌如何产生地球上第一个分子氧。

“对于地球46亿年存在的一半,大气中只含有二氧化碳和氮气,没有氧气,但是当蓝藻(也称为蓝绿藻)开始使用固氮酶产生第一氧气时,这种情况发生了变化。氧化事件,“研究作者John Allen教授(UCL Genetics,Evolution&Environment)解释说。

“但不是稳步上升,大气氧气水平稳定在2%左右,大约20亿年,然后增加到今天的水平21%。其原因长期以来一直受到科学家的争论,我们认为我们终于找到了一个简单的而且答案很有力。“

伦敦大学玛丽皇后学院和杜塞尔多夫海因里希大学的研究人员今天在植物科学趋势上发表的一项研究首次提出,使用固氮酶产生的大气氧阻止了酶的工作。

这种负反馈回路阻止了进一步的氧气,并在大约24亿年前开始了地球历史上的长期停滞。

元古宙永恒的近二十亿年来,生命,海洋和大气成分与气候的演变几乎没有变化,导致一些人将其称为“无聊的十亿”。

“关于为什么大气氧含量在如此长的一段时间内稳定在2%,包括氧气与金属离子反应,有很多想法,但显着地,固氮酶的关键作用已被完全忽视,”该研究共同作者教授说。威廉马丁(Heinrich-Heine-UniversitätDüsseldorf)。

“我们的理论是唯一一个能够在如此持续的时间内对氧气生产产生影响的理论,并解释了为什么它能够达到我们今天所看到的水平,从而推动地球上生命的进化。”

该团队表示,只有当植物在6亿年前征服土地时,负反馈环才会结束。

当陆地植物出现时,叶子中的产氧细胞与土壤中含有固氮酶的细胞物理分离。这种分离允许氧气积累而不抑制固氮酶。

这一理论得到了化石记录中的证据的支持,该记录表明,一旦大约4.08亿年前,蓝藻已开始保护称为异形细胞的专用细胞中的固氮酶,一旦氧气水平已经从陆地植物的光合作用中增加。

“固氮酶对于生命和光合作用过程至关重要,因为它将空气中的氮固定成氨,用于制造蛋白质和核酸,”共同作者Brenda Thake女士(伦敦玛丽女王大学)说。

“我们通过在实验室条件下研究蓝藻来了解到,当酶被氧气迅速破坏时,固氮酶停止在当前大气水平高于10%的情况下工作,其浓度为2%,尽管生物学家知道这种情况,但它还没有。被建议作为地球上一个重大谜团的驱动者,直到现在。“

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