Dit element kan cruciaal zijn voor de evolutie van het complexe leven op aarde

Zuurstof is een essentieel onderdeel van het leven op aarde. Nadat dit gas in de atmosfeer was toegenomen, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, begon meercellig leven op onze planeet te bloeien.

De timing is geen toeval, maar zuurstof kan niet alle eer opeisen. Volgens sommige wetenschappers is ook een ander element belangrijk voor deze evolutionaire mutatie, namelijk ijzer.

In een nieuw overzicht van de beschikbaarheid van ijzer voor leven in de geschiedenis van onze planeet, suggereren aardwetenschapper John Wade van de Universiteit van Oxford en zijn team dat fluctuaties van dit metaal de evolutie op aarde hebben gestimuleerd.

Vandaag, IJzer is een noodzakelijk element Voor bijna het hele leven. Het is wat cellen in staat stelt zuurstof te voelen, energie te genereren, DNA te repliceren en genen tot expressie te brengen. In feite is er Slechts twee bekende wezens Op onze planeet is momenteel het voortbestaan ​​van dit metaal niet nodig.

In de begindagen van planeet Aarde was er genoeg geologisch ijzer om te zwerven, vooral in de mantel en korst. Het vaste ijzer dat hier werd gevonden, werd waarschijnlijk ‘gecultiveerd’ door meteorieten uit de ruimte, en omdat dit materiaal kon oplossen in oude oceanen, was ijzer ook overvloedig aanwezig in het mariene milieu.

afstand Het grote oxidatie-evenement (Egyptische regering), echter begonnen de omstandigheden te veranderen. Oplosbaar ijzer begon een tekort te vertonen en de concurrentie om intracellulair ijzer nam toe.

Dus moesten levensvormen uitzoeken hoe ze ijzer uit dode cellen konden recyclen, ijzer uit levende cellen konden stelen, of in een andere cel konden leven en een ijzergrijpend apparaat konden gebruiken om te overleven.

Sommige geleerden geloven dat het deze gevechten om ijzer waren die aanleiding gaven tot meercellige evolutie.

“Infectie, predatie en endosymbiose zijn allemaal gedragingen die de focus van ijzerverwerving verschuiven van minerale bronnen naar andere levensvormen, en elk van de drie gedragingen kan in de loop van de tijd evolueren naar de andere – bijvoorbeeld een aanvankelijke uitbuitende infectie kan een mutualistische symbiose worden. ” leg uit.

Vergeleken met moderne eukaryoten, of meercellige organismen, wordt aangenomen dat oude vormen van eencellig leven, zoals bacteriën en archaea, meer op ijzer vertrouwden om te overleven.

Dit geeft aan dat moderne organismen hebben geleerd om het element in de loop van miljoenen jaren efficiënter te gebruiken, omdat de aanwezigheid in de omgeving fluctueert.

Volgens deze nieuwe theorie verloren de oceanen van de aarde het grootste deel van het oplosbare ijzer door een teveel aan zuurstof in de atmosfeer. Wanneer water en vast ijzer reageren in aanwezigheid van zuurstof, oxideert het ijzer snel, wat nog moeilijker is voor organismen om te gebruiken.

Om het element in deze vorm te vangen, moeten cellen kleine organische moleculen ontwikkelen die ijzerdragers worden genoemd. Tegenwoordig hebben bijna alle bacteriën, planten en schimmels deze structuren, maar miljarden jaren geleden vertegenwoordigde dit een nieuwe vorm van overleven.

Toen levensvormen met ijzeren dragers zich begonnen te verzamelen in de buurt van een beperkt aantal ijzerrijke geologische bronnen, geloven onderzoekers dat verdringing onvermijdelijk leidde tot “steeds complexere cel-cel-interacties”.

Archaea in de thermale bronnen van Yellowstone kan bijvoorbeeld alleen echt gedijen op ijzeroxidematten. Terwijl moderne eukaryoten buiten deze geologische bronnen kunnen overleven, zolang er biologische vormen van ijzer beschikbaar zijn.

“Hoewel het biologisch beschikbare ijzer is uitgeput, heeft ijzer tijdens het herstel van het leven na GOE en de daaropvolgende diversificatie (en de doorgang door andere opeenvolgende massale uitstervingsgebeurtenissen) de prioriteit behouden in biologische systemen.” schrijven.

“Vermoedelijk komt dit omdat ijzer unieke elektrochemische eigenschappen heeft die het mogelijk maken, of een reeks biochemische processen efficiënt maken, dat andere elementen niet op grote schaal kunnen worden vervangen door ijzer in eiwitten zonder een groot defect te veroorzaken.”

Het absolute gebrek aan ijzersubstitutie betekende dat organismen moesten concurreren, vals spelen of samenwerken om te overleven na de GOE, en deze ontwikkelingen veroorzaakten in de loop van de tijd ernstige aanpassingen in genomen en cellulair gedrag.

Wanneer is de laatste Neoproterozoïsche zuurstofgebeurtenis Een gebeurtenis, ongeveer 500 miljoen jaar geleden, heeft deze veranderingen alleen maar verergerd.

Daarom kan het aardse leven zijn begonnen met de overvloed aan ijzer, maar pas toen ijzer schaars werd, begonnen deze levensvormen in complexiteit te groeien.

Gezien het feit dat de stijging van koolstofdioxide in de atmosfeer₂ IJzergebrek kan de voedselketen vergroten, en onderzoekers zeggen dat we meer moeten leren over hoe het leven zich aanpast aan de eb en vloed van dit belangrijke element.

De resultaten wijzen ook op een mogelijke manier om het potentieel voor leven op andere planeten te meten, zoals: Mars, waar ook ijzeroxide in de mantel te vinden is. Als deze planeet rijk genoeg is aan ijzer, zou dit kunnen wijzen op de mogelijkheid van een toevluchtsoord voor enkele van de eenvoudigste vormen van leven.

De zoekopdracht is gepubliceerd in PNAS.