تحقیقات نشان می دهد زندگی 3.5 میلیارد سال پیش بر روی زمین رشد کرد

تحقیقات نشان می دهد زندگی 3.5 میلیارد سال پیش بر روی زمین رشد کرد

فوریه 8، 2019، موسسه فناوری توکیو

تصویر میکروسکوپ الکترونی از سلول های میکروبی که سولفات تنفس می کند. اعتبار: گای پرکینز و مارک الیسمن، مرکز ملی میکروسکوپ و تحقیقات تصویربرداری

سه و نیم میلیارد سال پیش، زمین میزبان زندگی است اما به سختی زنده ماند یا پرورش؟ یک مطالعه جدید که توسط یک تیم چند نهادی انجام شد با رهبری از جمله موسسه علوم زمین-زندگی (ELSI) از موسسه فناوری توکیو (توکیو فناوری) پاسخ های جدیدی به این سوال ارائه می دهد. متابولیسم میکروبی در میلیاردها سال از نسبتهای ایزوتوپ گوگرد که با موافق با پیش بینی های این مطالعه است ثبت می شود نشان می دهد که زندگی در اقیانوس های باستانی رونق یافته است. با استفاده از این اطلاعات، دانشمندان می توانند رکورد ژئوشیمیایی را با حالت سلولی و محیط زیست عمیق تر پیوند دهند

دانشمندان می خواهند بدانند که چه مدت زندگی بر روی زمین وجود داشته است. اگر تقریبا تا زمانی که این سیاره وجود داشته باشد، این نشان می دهد که برای ایجاد زندگی در آن آسان است و بنابراین باید در جهان عادی باشد. اگر مدت زمان زیادی طول بکشد، این نشان می دهد که شرایط بسیار خاصی وجود دارد باید رخ دهد دایناسورها، که استخوان های آنها در موزه ها در سراسر جهان ارائه می شود، که بیلیون ها سال بعد از میکروب ها بودند در حالی که میکروب ها برخی شواهد فیزیکی را ترک کرده اند حضور آنها در سابقه زمین شناسی باستان، آنها به خوبی فسیل نیست، در نتیجه دانشمندان از روش های دیگر برای درک استفاده می کنند آیا زندگی در رکورد زمین شناسی وجود داشت

در حال حاضر، قدیمیترین شواهد زندگی میکروبی روی زمین به صورت ایزوتوپ پایدار به ما می آید. عناصر شیمیایی در جدول تناوبی جدول بندی شده توسط تعداد پروتون ها در هسته آنها تعریف می شود. مثلا اتم هیدروژن یک پروتون دارد اتم هلیوم دارای دو، اتم های کربنی دارای شش است. علاوه بر پروتونها بیشتر هسته های هسته ای حاوی نوترون ها هستند که حدود وزن پروتون هستند اما شارژ الکتریکی را تحمل نمی کند. اتم هایی که دارای همان پروتون هستند اما تعداد متغیرهای نوترون، به عنوان ایزوتوپ شناخته می شوند. در حالی که بسیاری از ایزوتوپها رادیواکتیو هستند و در نتیجه به عناصر دیگر تبدیل می شوند برخی از این واکنش ها را تحت تاثیر قرار نمی دهند؛ اینها به عنوان ایزوتوپ پایدار شناخته می شوند. مثلا ایزوتوپهای پایدار کربن شامل کربن 12 است (نوشته شده به عنوان 12C برای کوتاه، با 6 پروتون و 6 نوترون) و کربن 13 (13C، با 6 پروتون و 7 نوترون).

سولفید بوسیله میکروب هایی که از متابولیسم انرژی آنها استفاده می کنند، و این می تواند برای میلیاردها سال در مواد معدنی سولفید آهن به دام افتاده است مانند پریت معدنی FeS2 در عکس. تحقیقات جدید توسط سیم و همکاران نشان می دهد اهمیت یک آنزیم سلولی فردی در کنترل ترکیب نهایی ایزوتوپهای گوگرد در این مواد معدنی،به نوبه خود پیوند بیوشیمی، فیزیولوژی سلولی، و سابقه زندگی در سیاره زمین. اعتبار: Yuichiro Ueno، ELSI

تمام موجودات زنده و از جمله انسان،"خوردن و دفع." که این است که بگوییم آنها غذا می گیرند و زباله ها را اخراج می کنند. میکروب ها اغلب ترکیبات ساده ای را که توسط محیط تولید شده اند، می خورند. مثلا برخی از آنها قادر به جذب دی اکسید کربن هستند (CO2) ) به عنوان یک منبع کربن برای ساخت سلول های خود. به طور طبیعی CO2 دارای نسبت نسبتا ثابت است از 12C تا 13C با این حال 2CO2 حدود 2 درصد سبکتر از 13CO2 است بنابراین مولکول های 12CO2 انتشار یافته و واکنش نشان می دهند کمی سریعتر، و در نتیجه میکروب ها خود را تبدیل به "ایزوتوپ نور" "حاوی 12C بیشتر از 13C، و هنگامی که آنها می میرند و بقایای خود را در رکورد فسیلی قرار می دهند، امضای ایزوتوپ پایدار خود را باقی می گذارد و قابل سنجش است. ترکیب ایزوتوپ یا "امضا" از چنین فرآیندهای می تواند به میکروب ها بسیار خاص باشد آنها را تولید کنند.

علاوه بر کربن، دیگر عناصر شیمیایی ضروری برای زندگی است. مثلا گوگرد، با 16 پروتون، سه ایزوتوپ پایدار طبیعی دارد. 32S (با 16 نوترون) 33S (با 17 نوترون) و 34S (با 18 نوترون). الگوهای ایزوتوپی گوگرد از میکروب ها عقب مانده اند بنابراین سابقه متابولیسم بیولوژیکی را ثبت می کند بر اساس ترکیبات حاوی گوگرد بازگشت به حدود 3.5 میلیارد سال پیش. صدها مطالعه قبلی، تغییرات گسترده ای را در نسبت های ایزوتوپی گوگردی باستانی و معاصر مورد بررسی قرار داده اند حاصل از سولفات است (یک ترکیب طبیعی گوگرد ترکیب شده به چهار اکسایش اکسیژن) متابولیسم . بسیاری از میکروب ها قادر به استفاده از سولفات به عنوان سوخت هستند و در فرایند سولفید دفع شده، یکی دیگر از ترکیب گوگرد (شکل 1). سولفید "زباله" متابولیسم میکروبی باستان است سپس در سابقه زمین شناسی ذخیره می شود و نسبت ایزوتوپ آن می تواند با تجزیه و تحلیل مواد معدنی اندازه گیری شود مانند پریت معدنی FeS2 که در شکل 2 نشان داده شده است.

این مطالعه جدید نشان می دهد که یک مرحله کنترل بیولوژیکی اولیه است در متابولیسم گوگرد میکروبی، و مشخص می کند که کدام سلول ها منجر به کسر سازی ایزوتوپی گوگرد می شود. این به دانشمندان اجازه می دهد تا متابولیسم را به ایزوتوپ مرتبط کنند: با دانستن اینکه چگونه سوخت و ساز بدن تغییرات نسبتا ایزوتوپ را تغییر می دهد، ، دانشمندان می توانند موجودات امضاي ایزوتوپ را پیش بینی کنند باید پشت سر بگذارد

مک گلیون توضیح می دهد که اتم گوگرد مولکول APS است توسط آنزیم Apr کاهش می یابد، منجر به تجزیه ایزوتوپ سینتیکی می شود در این مقاله گزارش شده است. اعتبار: ELSI

این مطالعه برخی از اطلاعات اولیه را فراهم می کند با توجه به اینکه چگونه عمر باستانی متابولیسم می شود. متابولیسم سولفات میکروبی در بیش از 3 میلیارد سال نسبت به ایزوتوپهای گوگرد ثبت شده است. که با پیش بینی های این تحقیق مطابقت دارند که نشان می دهد زندگی در واقع در اقیانوس های باستانی پر رونق است. این کار یک زمینه جدید تحقیقاتی را باز می کند که پروفسور ELSI شاون مک گلین " "آنزیمولوژی تکاملی و ایزوتوپ". با استفاده از این نوع داده ها دانشمندان می توانند به عناصر دیگر ادامه دهند مانند کربن و نیتروژن و به طور کامل رکورد ژئوشیمیایی را لینک کنید با شرایط سلولی و محیط زیست از طریق درک تکامل آنزیم و تاریخ زمین.

منبع:

https://phys.orgews/2019-02-life-earth-billion-years.html

کشف یک پدیده عجیب و غریب که هر دو کمک می کند و صدمه می زند عملکرد باتری لیتیوم یون...