منشأ فتوسنتز پیش از تصورِ قبلی است!

MacTavish · 16/1/20

بیگ بنگ: دکتر تانای کاردونا، پژوهشگر کالج امپریال لندن، “ساز واره‌های مولکولی ِ مسئول فتوسنتز اکسیژنیک” را مورد بررسی قرار داد و دریافت که این فرآیند از ۳.۶ میلیارد سال قبل فرگشت(تکامل) یافته است.

این تصویر، ساختار بلوریِ فتوسیستم(Photosystem) را نشان می دهد
به گزارش بیگ بنگ، فتوسنتز فرآیندی است که زندگی پیچیده روی زمین را حفظ می‌کند- تمام اکسیژن‌های روی سیارۀ ما حاصل از فتوسنتز است. دو نوع فتوسنتز وجود دارد: ۱- فتوسنتز اکسیژنیک، که از انرژی نور برای تقسیم مولکول‌های آب، آزاد کردن اکسیژن، الکترون‌ها و پروتون‌ها، استفاده می‌کند؛ و ۲- فتوسنتز آنوکسیژنیک، که از ترکیباتی مانند هیدروژن سولفید یا مواد معدنی نظیر آهن یا آرسنیک استفاده می‌کند، و اکسیژن تولید نمی‌کند.

پیش از این، دانشمندان معتقد بودند که فتوسنتز آنوکسیژنیک مدت‌ها قبل از فتوسنتز اکسیژنیک فرگشت یافته است، و اینکه جوّ زمین تا تقریباً ۲.۴ تا ۳ میلیارد سال قبل فاقد اکسیژن بوده است. با این حال پژوهش دکتر کاردونا نشان داد که منشأ فتوسنتز اکسیژنیک حدود یک میلیارد سال قبل‌تر بوده است، یعنی حیات پیچیده می‌توانسته زودتر هم فرگشت یابد.

این پژوهشگر می‌خواست به زمان ِ منشأ فتوسنتز اکسیژنیک، پی ببرد. وی به جای تلاش برای تشخیص اکسیژن در سنگ‌های باستانی، یعنی همان چیزی که قبلاً انجام شده است، درون ساز واره‌های مولکولی که فتوسنتز انجام می‌دهند را عمیقاً بررسی کرد- اینها آنزیم‌های پیچیده‌ای به نام فتوسیستم هستند. فتوسنتز اکسیژنیک و آنوکسیژنیک هر دو از آنزیمی به نام فتوسیستمِ I استفاده می‌کنند.

هستۀ این آنزیم در دو نوع فتوسنتز متفاوت به نظر می‌رسد، و دکتر کاردونا با بررسی اینکه چه مدت قبل، این ژن‌ها فرگشت یافته‌اند تا متفاوت شوند، تحقیق می‌کند که فتوسنتز اکسیداتیو برای نخستین‌بار چه زمانی رخ داده است. وی دریافت که تفاوت در ژن‌ها بیش از ۳.۴ میلیارد سال قبل رخ داده است- یعنی مدت‌ها قبل از اینکه اکسیژن برای نخستین‌بار روی زمین تولیده شده بود. این نیز مدت‌ها قبل از به وجود آمدن سیانوباکتری‌ها- میکروب‌هایی که تصور می‌شود اولین ارگانیسم‌هایی بوده‌اند که اکسیژن تولید می‌کنند- بود. یعنی باید پیشینیانی وجود داشته باشد، مانند باکتری‌های ابتدایی، که از آن زمان، فرگشت یافته‌اند تا فتوسنتز آنوکسیژنیک انجام دهند.

دکتر کاردونا گفت: «این اولین‌باری است که زمان ِ تکامل فتوسیستم‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج، این احتمال را نشان می‌دهد که فتوسنتز اکسیژنیک، فرآیندی که تمام اکسیژن روی زمین را تولید کرده است؛ در واقع فتوسنتز اکسیژنیک در دوران بسیار اولیه در تاریخ فرگشت حیات آغاز شده است- به حل یکی از بحث‌های بزرگ امروزی در زیست‌شناسی کمک می‌کند.»

یک یافتۀ شگفت‌آور این بود که فرگشت فتوسیستم، خطی نبود. فتوسیستم‌ها به آرامی در حال تکامل هستند- تکامل آنها از زمان پدیدار شدن سیانوباکتری‌ها، حداقل ۲.۴ میلیارد سال قبل، صورت گرفته است. اما وقتی دکتر کاردونا از آن سرعت آرام فرگشت برای محاسبه منشأ فتوسنتز استفاده کرد، تاریخی را به دست آورد که حتی بیشتر از تاریخ خود زمین بود.

بدین معنی که فتوسیستم در آغاز حتماً بسیار سریع‌تر فرگشت یافته است- چیزی که تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ناشی از داغ‌تر شدن سیاره زمین بوده است. این دانشمند خاطرنشان کرد: «هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که در مورد اینکه چرا حیات بدین شکل است و منشأ اکثر فرآیندهای بیولوژیکی از کجا است، نمی‌دانیم. گاهی اوقات بهترین حدس‌های بررسی‌شدۀ ما، حتی به چیزی که مدت‌ها قبل رخ داده است هم نزدیک نیست.»