September 20th, 2012

Мыш

9. ЗАКАТ «ЦИНКОВОГО МИРА», ПРОКАРИОТНАЯ БИОСФЕРА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ФОТОСИНТЕЗА

Теория «цинкового мира», среди прочего, легко и естественно объясняет расхождение линий бактерий и архей и появление их отличительных свойств. Ранее для их разделения предлагали географическую изоляцию, но сама по себе изоляция не создала бы таких фундаментальных различий. В «цинковом мире» же разделение происходит, когда падение давления атмосферы более не позволяет геотермальным источникам выносить на поверхность сульфид цинка. Его старые отложения тают под солнечным светом, и населяющие их прото-организмы оказываются в кризисе. Из этого кризиса они нашли два выхода. Одна группа, давшая начало бактериям, покинула геотермальные биотопы и научилась использовать энергию света самостоятельно, с помощью пигментов, из которых впоследствии сохранился хлорофилл. Они, скорее всего, произошли из обитателей верхних, самых освещенных слоев отложений ZnS, где еще до кризиса им пришлось создать пигментные системы для защиты от ультрафиолета мембран и мембранных белков. Другая группа не смогла отказаться от родной геотермальной химии и последовала за тающими сульфидными источниками в морские глубины и вечную темноту. Им пришлось освоить хемоавтотрофное питание, например, используя энергию реакции метаногенеза:

CO2 + 4 H2 > CH4 + 2 H2O

Они стали археями. Обе группы изгнанников из «цинкового рая» столкнулись с похожими проблемами, первой из которых стал дефицит цинка и обилие ионов железа. Кроме того, в морях, по сравнению с геотермальными источниками, много натрия и кальция. Им пришлось сделать мембраны непроницаемыми для ионов металлов, чтобы сохранить привычную химическую обстановку хотя бы в своей цитоплазме. Им понадобились системы транспорта цинка и других ценных металлов, таких как марганец, внутрь клетки, и откачки опасных железа, кальция и натрия наружу. Железо, как мы уже говорили, легко гидролизует РНК, кальций же замещает магний в его комплексах с нуклеотидами и РНК, останавливая разные ферментативные реакции с их участием. Натрий не так опасен, но и его концентрация на уровне морской воды несколько нарушает структуру ДНК и фолдинг белков. Для защиты от железа пришлось перейти от гетеродуплексного ДНК-РНК генома к двухцепочечной ДНК, после чего многоплазмидный геном путем рекомбинаций собрался в одну кольцевую молекулу ДНК. Это позволило миниатюризовать клетки по сравнению с плоскими, сидящими на минералах прото-организмами.


Collapse )