Результаты, обрисованные в общем в раннем выпуске 24 июня Слушаний Национальной академии наук (PNAS), очень сильно поддерживают идею, что марганцевое окисление – что, не обращая внимания на имя, химическая реакция, которая не должна включать кислород – обеспечило эволюционный трамплин для развития окисляющего воду фотосинтеза в cyanobacteria.«Окисляющий воду либо разделяющий воду фотосинтез был изобретен cyanobacteria примерно 2,4 миллиарда лет назад и после этого одолжен вторыми группами организмов по окончании того», растолковывает Лесничий Фишер, доцент geobiology в Калифорнийском соавторе исследования и технологическом институте. «Морские водоросли одолжили эту фотосинтетическую совокупность у cyanobacteria, и растения – легко несколько морских водорослей, каковые забрали фотосинтез на земле, так, мы думаем с этим нахождением, что мы наблюдаем на начало молекулярного оборудования, которое дало бы начало кислороду».
Фотосинтез – процесс, которым энергия от солнца употребляется другими организмами и заводами, дабы поделить молекулы воды и углекислого газа, дабы сделать кислород и углеводы. Марганец требуется для воды, разделяющейся, дабы трудиться, исходя из этого в то время, когда ученые начали задаваться вопросом, что эволюционные шаги, быть может, стали причиной окисленной воздуху на Земле, они начали искать доказательства окисляющего марганец фотосинтеза до cyanobacteria. Так как окисление передачу электронов, дабы расширить обвинение на атоме – и это возможно достигнуто, применяя свет либо O2 – это, быть может, случилось перед увеличением кислорода на данной планете.
«Марганец играется значительную роль в современной биологической воде, разделяющейся как нужный катализатор в ходе, так, окисляющий марганец фотосинтез имеет суть как потенциальную переходную фотосистему», говорит Джена Джонсон, аспирант в лаборатории Фишера в Калифорнийском технологическом университете и ведущем авторе изучения.Дабы проверить догадку, что основанный на марганце фотосинтез случился до эволюции oxygenic cyanobacteria, исследователи изучили ядра тренировки (сравнительно не так давно полученный Университетом Agouron) от южноафриканских морских осадочных пород на 2,415 миллиардов лет с громадными залежами марганца.
Марганец разрешим в морской воде. Вправду, если не будет никаких сильных окислителей около, дабы принять электроны от марганца, это останется водным, Фишер растолковывает, но второе это окислено либо теряет электроны, марганец активизирует, формируя тело, которое может стать сконцентрированным в отложениях дна моря.«Легко наблюдение за этим громадным обогащением – 16-процентный марганец в некоторых примерах – обеспечил сильное значение, что марганец был окислен, но это нужное подтверждение», говорит он.Доказать, что марганец был первоначально частью южноафриканского рока и не внес в том месте позднее гидротермальными жидкостями либо некоторыми вторыми явлениями, коллегами и Джонсоном развитые и применяемые способы, каковые разрешили команде оценивать степень и изобилие окисления имеющих марганец нужных ископаемых в весьма маленьком масштабе 2 микронов.
«И это обеспечивало – эти скалы сложные в масштабе микрона!» Фишер говорит. «И все же, скалы занимают много метров стратиграфии через много квадратных километров океанского бассейна, так, Вам нужно трудиться между многими весами – весьма подробные, вместе с тем и через целый депозит, чтобы выяснить древние экологические процессы на работе».Применяя эти многомасштабные подходы, коллеги и Джонсон показали, что марганец был уникален к горам и сперва внес в отложениях как марганцевые окиси, и что марганцевое окисление случилось по широкому последовательности старого морского бассейна на протяжении всех временных рамок, захваченных ядрами тренировки.
«Вправду страно быть в состоянии применять способы рентгена, дабы посмотреть назад назад в гора, делают запись и применяют химические наблюдения довольно микромасштаба, дабы пролить свет на кое-какие механизмы и фундаментальные процессы, каковые случились миллиарды лет назад», говорит Сэмюэль Уэбб, соавтор на бумаге и ученый линии луча из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфордском университете, где многие опыты изучения случились. «Вопросы относительно эволюции последующего повышения и фотосинтетического пути кислорода в воздухе крайне важны для понимания не только история отечественной собственной планеты, вместе с тем и базы того, как биология усовершенствовала процесс фотосинтеза».Когда команда подтвердила, что марганец был депонирован как окисная фаза, в то время, когда гор сперва формировалась, они удостоверились в надежности, дабы видеть, были ли эти марганцевые окиси в действительности организованы перед разделяющим воду фотосинтезом либо если они сформировались по окончании в следствии реакций с кислородом. Они применяли два разных способа, дабы проверить, находился ли кислород. Это не было – подтверждение, что разделяющий воду фотосинтез еще не развился в то время.
Марганец в депозитах был вправду окислен и депонирован перед возникновением разделяющих воду cyanobacteria. Это подразумевает, исследователи говорят, что окисляющий марганец фотосинтез был трамплином для производства кислорода, разделяющего воду фотосинтеза.«Я пологаю, что будет большое количество дополнительных опытов, что люди сейчас постараются постараться перепроектировать марганец фотосинтетическая фотосистема либо клетка», говорит Фишер. «Когда Вы понимаете, что это случилось, все это неожиданного приводит Вам обстоятельство забрать более без шуток экспериментальную программу, нацеленную на выяснение, ‘Мы можем сделать фотосистему, это в состоянии окислить марганец, но тогда не разделяет воду?
Как это приводит себя, и какова его химия?’ Кроме того при том, что мы знаем то, что современное водное разделение и на что оно похоже, мы все еще не знаем совершенно верно, как оно трудится. Имеется негромкое главное открытие, которое будет сделано определить совершенно верно, как катализ трудится, и сейчас опытный, куда это оборудование прибывает из, может открыть новые возможности в его функцию – познание, которое имело возможность оказать помощь предназначаться для разработок для выработки энергии от неестественного фотосинтеза».После этого в лаборатории Фишера, Джонсон собирается работать с другими, дабы постараться видоизменить cyanobacteria, дабы «пойти назад» и выполнить окисляющий марганец фотосинтез.
Команда кроме этого собирается исследовать последовательность скал из Западной Австралии, каковые подобны в возрасте примерам, применяемым в текущем изучении, и смогут кроме этого содержать кровати марганца. В случае если их текущие результаты изучения – вправду показатель окисляющего марганец фотосинтеза, они говорят, должны быть доказательства тех же самых процессов в других частях мира.
«Кислород – фон, на котором эта история теряет значение на, но вправду, это – рассказ об эволюции этого весьма интенсивного метаболизма, что случился в один раз – эволюционная изюминка, которая преобразовала планету», говорит Фишер. «Мы обеспечили познание, как эволюция одной из этих превосходных молекулярных автомобилей стала причиной окислению воздуха отечественной планеты, и сейчас мы планируем развить все углы отечественных результатов».Финансирование для изучения, обрисованного в общем в газете PNAS, названной «Окисляющий марганец фотосинтез перед увеличением cyanobacteria», было обеспечено Университетом Agouron, Отраслью Экзобиологии НАСА, Фондом Дэвида и Лусил Пэкард и программой Научного сотрудничества Выпускника Национального научного фонда.
Джозеф Киршвинк, Нико и доктор наук Мэрилин Ван Винджен Geobiology в Калифорнийском технологическом университете, кроме этого содействовал изучению наровне с Кэтрин Томас и Шухеи Оно из Массачусетского технологического университета.