Fosil Genomic Tiga Milyar Tahun yang lalu Diuraikan

Livejurnal69 - Sekitar 580 juta tahun yang lalu, kehidupan di Bumi mulai periode perubahan yang cepat disebut Ledakan Kambrium, periode tertentu oleh kelahiran bentuk kehidupan baru selama jutaan tahun yang pada akhirnya membantu membawa tentang keanekaragaman hewan modern. Fosil membantu paleontologis rentetan evolusi kehidupan sejak saat itu, tetapi menggambar gambar hidup selama 3 miliar tahun yang mendahului Periode Kambrium adalah menantang, karena Prakambrium bertubuh lunak sel jarang meninggalkan jejak fosil. Namun, mereka bentuk kehidupan awal tidak meninggalkan satu fosil mikroskopis yang melimpah: DNA.

Karena semua makhluk hidup mewarisi genom dari genom leluhur, ahli biologi komputasi di MIT beralasan bahwa mereka bisa menggunakan genom modern untuk merekonstruksi evolusi mikroba kuno. Mereka gabungan informasi dari perpustakaan genom terus berkembang dengan model matematika mereka sendiri yang memperhitungkan cara-cara yang gen berevolusi: keluarga gen baru bisa lahir dan diwarisi; gen dapat ditukarkan atau horizontal ditransfer antara organisme; gen dapat diduplikasi dalam genom yang sama, dan gen bisa hilang.

Para ilmuwan menelusuri ribuan gen dari 100 genom modern kembali ke tampilan pertama gen-gen 'di Bumi untuk menciptakan sebuah fosil genomik mengatakan tidak hanya ketika gen muncul menjadi ada tetapi mikroba kuno juga yang memiliki gen-gen. Karya ini menunjukkan bahwa genom kolektif dari semua kehidupan mengalami perluasan antara 3,3 dan 2,8 miliar tahun lalu, selama waktu 27 persen dari seluruh keluarga gen yang ada saat ini muncul menjadi ada.

Eric Alm, seorang profesor di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan dan Departemen Biologi Teknik, dan Lawrence David, yang baru-baru ini menerima gelar Ph.D. dari MIT dan sekarang menjadi Fellow Junior dalam Masyarakat Harvard Fellows, telah bernama periode ini Perluasan Arkean.

Karena begitu banyak gen baru yang mereka diidentifikasi terkait dengan oksigen, Alm dan David pertama berpikir bahwa munculnya oksigen mungkin bertanggung jawab untuk Ekspansi Arkean. Oksigen tidak ada di atmosfer bumi sampai sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu ketika mulai menumpuk, mungkin membunuh sejumlah besar bentuk kehidupan anerobic di Event Oksidasi Besar.

"The Great Event Oksidasi mungkin merupakan peristiwa yang paling bencana dalam sejarah kehidupan selular, namun kami tidak memiliki catatan biologis itu," kata Alm.

Closer inspeksi, bagaimanapun, menunjukkan bahwa gen-memanfaatkan oksigen tidak muncul sampai ujung ekor Perluasan Arkean 2,8 miliar tahun lalu, yang lebih konsisten dengan tanggal geokimia assign ke Event Oksidasi Besar.

Sebaliknya, Alm dan David percaya bahwa mereka telah mendeteksi kelahiran transpor elektron modern, proses biokimia bertanggung jawab untuk bolak elektron dalam membran selular. Transpor elektron digunakan untuk menghirup oksigen dan oleh tanaman dan beberapa mikroba selama fotosintesis ketika mereka panen energi langsung dari matahari. Suatu bentuk fotosintesis disebut fotosintesis pemberian oksigen diyakini bertanggung jawab untuk menghasilkan oksigen yang terkait dengan Great Event Oksidasi, dan bertanggung jawab atas oksigen yang kita hirup hari ini.

Evolusi transportasi elektron selama Perluasan Arkean akan diaktifkan beberapa tahap kunci dalam sejarah kehidupan, termasuk fotosintesis dan respirasi, yang keduanya dapat menyebabkan jumlah yang jauh lebih besar dari energi yang dipanen dan disimpan dalam biosfer.

"Hasil kami tidak dapat mengatakan jika pembangunan transpor elektron secara langsung menyebabkan Ekspansi Arkean," kata David. "Namun, kita bisa berspekulasi bahwa akses harus anggaran energi yang jauh lebih besar memungkinkan biosfer untuk menjadi tuan rumah yang lebih besar dan lebih kompleks ekosistem mikroba."

David dan Alm juga pergi ke genom menyelidiki bagaimana mikroba berkembang setelah Perluasan Arkean dengan melihat logam dan molekul yang terkait dengan gen dan bagaimana mereka berubah dalam kelimpahan dari waktu ke waktu. Mereka menemukan persentase peningkatan gen menggunakan oksigen, dan enzim yang berhubungan dengan tembaga dan molybdenum, yang konsisten dengan catatan geologi evolusi.