"Azotlu gübre fabrikası" 800 milyon yıl önce mi vardı?
Azot, amino asitleri ve nükleik asitleri oluşturan temel elementlerden biridir ve emilimi, organizmaların hayatta kalması için hayati önem taşır. Biyolojik organizmalar genellikle havadaki nitrojeni doğrudan kullanamazlar ve bazı özel siyanobakteriler havadaki nitrojeni, diğer organizmalar için nitrojen sağlayan biyo-absorbe edilebilir kombine nitrojene (amonyak NH3 veya amonyum iyonu NH4 +) dönüştürebilir. kaynak. Bu nedenle, yeryüzünde nitrojeni sabitleme yeteneğine sahip siyanobakteriler ortaya çıktığında, erken yaşamın evrim sürecini ve dünya çevresinin arka planını anlamak için büyük önem taşır.
Yakın zamanda, Çin Bilimler Akademisi'nin Nanjing Jeoloji ve Paleontoloji Enstitüsü'nden Dr. Pang Ke ve diğerleri, erken yaşam araştırma ekibi Yuan Xunlai ve diğerlerinin rehberliğinde, 800 milyon yıl önce heteromorfik hücrelere sahip bir siyanofit fosili keşfetti: "Büyük Anhui İpek Yosunu". Biyolojik nitrojen fiksasyonunun en eski kanıtı, bilim adamları tarafından en eski "doğal nitrojen gübre fabrikası" olarak adlandırılıyor.
Resim Pangke'nin elinde "büyük Anhui ipek yosunu" fosillerinden birini tutuyor.
Siyanobakteriler hakkında konuşun
Editör gibi, siyanobakterilere dair ilk ve en derin izleniminiz, su kütlesi ötrofikasyon olduktan sonra silinmesi zor olan yeşil yağdır ...
Resim, su kütlesinin ötrofikasyonundan sonra bir parça yeşil göstermektedir.
Siyanobakteriler olarak da bilinen siyanobakteriler, basit ve düşük dereceli bir ototrofik prokaryottur.İnsanlar tarafından yenen "biber sebzeleri" ve "spirulina" da siyanobakteriler grubuna aittir.
Yukarıdaki resim, aynı zamanda mantar, öğütülmüş sebze olarak da adlandırılan ortak Nostoc'u göstermektedir.
Aslında, 3 milyar yıl kadar erken bir zamanda, siyanobakteriler dünyayı "işgal etti" ve aynı zamanda yeryüzündeki en eski ve en uzun ömürlü biyolojik türlerden biridir.
Siyanobakteriler fotosentez yoluyla oksijeni açığa çıkardı, bu da erken dünya atmosferinin anaerobik bir durumdan aerobik bir duruma evrimleşmesini sağladı ve bu da diğer aerobik organizmaların evrimini ve gelişimini doğurdu.
Ancak, atmosferdeki oksijen içeriği artmaya devam ettikçe, yaşamın erken dönemlerinde doğrudan kullanılabilen bileşik nitrojen (amonyak gibi) içeriği keskin bir şekilde düşmüştür.Yaşamın hayatta kalmak için gerekli nitrojen elementini nasıl elde ettiği, hayatın evriminde önemli bir faktör haline gelmiştir. sorun.
Şu anda, bir grup siyanobakteri, bu kadar şiddetli çevresel değişikliklere uyum sağlamak için yabancı hücreler adı verilen özel bir "cihaz" üretti.
Yabancı hücreler, fotosentetik yapıya sahip olmayan ve genellikle sıradan bitkisel hücrelerden daha büyük olan özel kalın duvarlı hücrelerdir. Bol nitrojenazlar, siyanobakterilerin nitrojen fiksasyonu gerçekleştirdiği yerler olan heteromorfik hücrelerde bulunur. Heteromorfik hücrelerin oluşumu, oksijenin girişini engellemek için orijinal hücre duvarının dışında bir kaplama tabakası oluşturmak ve nitrojenazın inaktivasyondan korunması için heteromorfik hücreler içinde bir mikro oksijen ortamının oluşmasını sağlamak, böylece oksijen bakımından zengin bir ortamda nitrojen fiksasyonunu sağlamaktır. .
Yukarıdaki şekilde görülebileceği gibi, dördüncü ve beşinci siyanobakteriler heteromorfik hücrelere sahiptir ve her ikisi de nitrojeni sabitleme işlevine sahiptir.
Bu heterotipik hücreler, havadaki nitrojeni sıkıca sabitleyebilen, sadece kendi bitkisel hücreleri için nitrojen sağlamakla kalmayan, aynı zamanda siyanobakterilerin ölümünden sonra biyosfer için sürekli bir nitrojen kaynağı sağlayan küçük bir "nitrojen gübre fabrikası" gibidir. Heteromorfik hücreli siyanobakteriler ayrıca erken biyolojik nitrojen fiksasyonunun doğrudan kanıtıdır.
Araştırmacılar tarafından keşfedilen "büyük Anhui ipliksi yosun", nitrojen sabitleme işlevine sahip ilk heterositik siyanobakteri grubuydu. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, bu tür alg ipliksi fosil, mikro ve makro fosillerin çoğunun boyutları arasında son derece küçüktür, bu nedenle daha önce araştırmacılar tarafından genellikle göz ardı edilmişti.
Erken Neoproterozoik Liulaobei Formasyonunda heterositik siyanobakteri fosilleri vardır. Şekil a, kaya eli numunesinin yüzeyinde korunan mikrobiyal matın yapısını gösterir ve Şekil f'deki ok, kalın duvarlı sporları gösterir.
Yıllar süren kazılardan sonra, araştırmacılar birikim yoluyla yüzlerce ipliksi fosil elde ettiler.Yüksek güçlü bir fiziksel mikroskop altında dikkatli bir gözlemden sonra, çoğunun daha iyi çok hücreli ve hücre farklılaşmış yapıları koruduklarını buldular, bu yüzden onlara isim verdiler. "Büyük Anhui İpek Yosunu" (Anhuithrix magnanew cinsi ve yeni kombinasyon).
Biyolojik nitrojen fiksasyonu
Bazı siyanobakteriler de dahil olmak üzere, modern nitrojen bağlayıcı mikroorganizmaların çoğu, bazı archaea'ya (metanobakteriler) ek olarak bakterilerdir (rizobi, nitrojen bağlayıcı bakteriler, Thiobacillus ferrooksidanlar, vb.).
Siyanobakterilerin kökeninin, dünya sistemindeki karbon, nitrojen ve oksijen gibi elementlerin döngüsü üzerinde derin bir etkiye sahip olmasının nedeni tam da budur.
Heteromorfik hücrelere ve kalın duvarlı sporlara sahip tek güvenilir fosil, yaklaşık 410 milyon yıl önce Devoniyen Lyney çakmaktaşı taşındandır Bu nedenle, 800 milyon yıl önceki "büyük Anhui ipliksi alg" en eski biyolojik nitrojen fiksasyonudur. Biyolojik azot fiksasyonunun fosil kanıtlarını yaklaşık 400 milyon yıl ilerletmiş olan yeryüzündeki en eski "doğal azotlu gübre fabrikası" dır!
Bu keşif aynı zamanda dolaylı olarak dünya atmosferindeki oksijen konsantrasyonunun 800 milyon yıl önce yüksek olduğunu ve siyanobakterilerin artan oksijen konsantrasyonuyla başa çıkmak ve oksijene duyarlı nitrojenaz enzimlerini korumak için heteromorfik hücreler geliştirdiğini kanıtlıyor. Bu aynı zamanda erken Neoproterozoikteki redoks koşullarının kısıtlamalarını biyolojik açıdan bağımsız olarak sağlar.
"Siyanobakterilerin fotosentezi, yeryüzündeki oksijen içeriğini kademeli olarak artırdı. Böyle bir ortamda, vücuttaki oksijene duyarlı nitrojenazı korumak için, büyük Anhui ipliksi algler, oksijeni izole edebilen heterotipik hücreler ortaya çıktı. Bu fenomen, dünyadaki yaşamdır. Nanjing Paleontoloji Enstitüsü erken yaşam araştırma ekibi başkanı Yuan Xunlai, ortak evrim ve çevre ile etkileşime tipik bir örnek. "Dedi.
İlgili sonuçlar, Cell'in bir yayın grubu olan Current Biology dergisinde 2 Şubat'ta çevrimiçi olarak yayınlandı.
