منشأ فتوسنتز در گیاهان به ۱.۲۵ میلیارد سال قبل برمی‌گردد

[Mohammad Aref 120,438]

پژوهشگران برآورد می‌کنند که پایه و اساس فتوسنتز گیاهان امروزی ۱.۲۵ میلیارد سال پیش شکل گرفته است.

 

بر اساس مطالعات جدید دانشمندان زمین‌شناسی دانشگاه مک‌گیل، قدیمی‌ترین فسیل‌های جلبک در جهان به حدود یک میلیارد سال پیش بازمی‌گردد. این پژوهش که در مجله Geology منتشر شده، می‌تواند رموزی که سال‌ها است در مورد فسیل جلبک‌ها وجود دارد حل کند. فسیل جلبک Bangiomorpha pubescens برای اولین بار در سال ۱۹۹۰ در سنگ‌های شمالگان کانادا کشف شد. اعتقاد بر این است که جانداران میکروسکوپی، قدیمی‌ترین اجداد شناخته‌شده گیاهان و حیوانات هستند. تخمین دقیق پیدایش آن‌ها مشکل است و حدس زده می‌شود در محدوده بین ۷۲۰ میلیون تا ۱.۲ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند.

 

یافته‌های جدید، شواهدی نشان می‌دهند که دوره‌ای از تاریخ زمین که به آن بورینگ بیلیون گفته می‌شود، چندان هم ساده و یکنواخت نبوده است. بلکه بین ۰.۸ تا ۱.۸ میلیارد سال پیش، آرکیاها، باکتری‌ها و تعداد انگشت‌شماری موجودات پیچیده به خاطر تغییرات ناچیز محیطی یا زیستی، در اقیانوس‌ها منقرض شده‌اند. در حقیقت حدود ۵۴۱ میلیون سال پیش که به‌اصطلاح عصر انفجار کامبرین شناخته می‌شود، ممکن است این دوران مرحله‌ای برای تکثیر اشکال پیچیده‌تر فراهم شده باشد. شواهد نشان می‌دهد که شکل‌گیری بیوسفر زمین و محیط اطراف آن در اواخر دوره بورینگ بیلیون، فعالیت‌های زیستی پویاتر از آنچه قبلا می‌پنداشتند بوده است.

 

 

تعیین سن فسیل‌ها

پژوهشگران فسیل‌های Bangiomorpha pubescens را در یک منطقه دور از دسترس و ناهموار در جزیره بافین یافتند. با وجود آنکه فسیل کشف‌شده در ماه آگوست و در شرایط برف و بوران شدید رخ داد، دانشمندان توانستند نمونه فسیل‌های جلبک را از سنگ‌های شیل که در لایه‌ای از دیگر سنگ‌ها قرار گرفته بود، جمع‌آوری کنند. با استفاده از روش تخمین روتنیوم- اوسمیم که در سال‌های اخیر به‌طور گسترده برای تعیین سن سنگ‌های رسوبی استفاده می‌شود، سن دقیق سنگ‌ها ۱.۰۴۷ میلیارد سال محاسبه شد. پروفسور گالن هالورسون از بخش علوم سیاره‌ای و زمین دانشگاه مک‌گیل، در مورد این کشف فسیل‌ها می‌گوید:

 

این‌که فسیل‌ها ۱۵۰ میلیون سال قدیمی‌تر از آن هستند که قبلا تصور می‌شد، تأییدی بر جذاب و بی‌نظیر بودن این فسیل‌ها است. این اتفاق، دانشمندان را قادر می‌سازد که ارزیابی دقیق‌تری بر تکامل اولیه یوکاریوت‌ها داشته باشند.

 

ازآنجاکه Bangiomorpha pubescens به جلبک‌های قرمز امروزی بسیار نزدیک هستند، دانشمندان تعیین کرده بودند جلبک‌های باستانی، مانند گیاهان از نور خورشید، دی‌اکسید کربن و آب برای تولید مواد مغذی استفاده می‌کردند. دانشمندان حدس می‌زنند کلروپلاست که بخش فتوسنتز در سلول گیاهان است، زمانی شکل گرفت که یوکاریوت‌ها، باکتری‌های ساده فتوسنتز کننده را به درون سلول خود انتقال دادند. در نهایت، یوکاریوت‌ها DNA جدید خود را به نسل‌های بعد منتقل کردند که گیاهان و درختان امروزی در سراسر جهان در خود دارند.

 

منشأ کلروپلاست‌

بعد از آن‌که دانشمندان زمان فسیل‌ها را ۱.۰۴۷ میلیارد سال پیش به دست آوردند، در مرحله بعد با استفاده از یک مدل از محاسبات کامپیوتری که به آن ساعت مولکولی گفته می‌شود، رویداد‌های تکاملی را بر اساس نرخ جهش ژنتیکی محاسبه کردند. نتایج محاسبات نشان دادن که زمان ترکیب کلروپلاست در سلول یوکاریوت‌ها به ۱.۲۵ میلیارد سال قبل بازمی‌گردد. دکتر گیبسون از دیگر دانشمندان این تیم تحقیقاتی می‌گوید:

 

انتظار داریم و امیدواریم که دیگر دانشمندان نیز با تمرکز بر فسیل تازه کشف‌شده، محاسبات مربوط به ساعت مولکولی خود را جهت تعیین زمان وقایع تکاملی به کار گیرند و با محاسبات ما مقایسه کنند. اگر دیگر دانشمندان بتوانند روش‌های دقیق‌تری برای محاسبات تشکیل کلروپلاست ارائه کنند، در نهایت می‌توان تصمیم گرفت چه محاسباتی دقیق‌تر است و مناسب‌ترین روش را جهت تعیین زمان به دست آورد.

 

منبع: زومیت

[Mohammad Aref 120,438]

منشأ فتوسنتز پیش از تصورِ قبلی است!

 

دکتر تانای کاردونا، پژوهشگر کالج امپریال لندن، “ساز واره‌های مولکولی ِ مسئول فتوسنتز اکسیژنیک” را مورد بررسی قرار داد و دریافت که این فرآیند از ۳٫۶ میلیارد سال قبل فرگشت(تکامل) یافته است.

این تصویر، ساختار بلوریِ فتوسیستم(Photosystem) را نشان می دهد

 

فتوسنتز فرآیندی است که زندگی پیچیده روی زمین را حفظ می‌کند- تمام اکسیژن‌های روی سیارۀ ما حاصل از فتوسنتز است. دو نوع فتوسنتز وجود دارد: ۱- فتوسنتز اکسیژنیک، که از انرژی نور برای تقسیم مولکول‌های آب، آزاد کردن اکسیژن، الکترون‌ها و پروتون‌ها، استفاده می‌کند؛ و ۲- فتوسنتز آنوکسیژنیک، که از ترکیباتی مانند هیدروژن سولفید یا مواد معدنی نظیر آهن یا آرسنیک استفاده می‌کند، و اکسیژن تولید نمی‌کند.

 

پیش از این، داننشمندان معتقد بودند که فتوسنتز آنوکسیژنیک مدت‌ها قبل از فتوسنتز اکسیژنیک فرگشت یافته است، و اینکه جوّ زمین تا تقریباً ۲٫۴ تا ۳ میلیارد سال قبل فاقد اکسیژن بوده است. با این حال پژوهش دکتر کاردونا نشان داد که منشأ فتوسنتز اکسیژنیک حدود یک میلیارد سال قبل‌تر بوده است، یعنی حیات پیچیده می‌توانسته زودتر هم فرگشت یابد.

 

این پژوهشگر می‌خواست به زمان ِ منشأ فتوسنتز اکسیژنیک، پی ببرد. وی به جای تلاش برای تشخیص اکسیژن در سنگ‌های باستانی، یعنی همان چیزی که قبلاً انجام شده است، درون ساز واره‌های مولکولی که فتوسنتز انجام می‌دهند را عمیقاً بررسی کرد- اینها آنزیم‌های پیچیده‌ای به نام فتوسیستم هستند. فتوسنتز اکسیژنیک و آنوکسیژنیک هر دو از آنزیمی به نام فتوسیستمِ I استفاده می‌کنند.

 

هستۀ این آنزیم در دو نوع فتوسنتز متفاوت به نظر می‌رسد، و دکتر کاردونا با بررسی اینکه چه مدت قبل، این ژن‌ها فرگشت یافته‌اند تا متفاوت شوند، تحقیق می‌کند که فتوسنتز اکسیداتیو برای نخستین‌بار چه زمانی رخ داده است. وی دریافت که تفاوت در ژن‌ها بیش از ۳٫۴ میلیارد سال قبل رخ داده است- یعنی مدت‌ها قبل از اینکه اکسیژن برای نخستین‌بار روی زمین تولیده شده بود. این نیز مدت‌ها قبل از به وجود آمدن سیانوباکتری‌ها- میکروب‌هایی که تصور می‌شود اولین ارگانیسم‌هایی بوده‌اند که اکسیژن تولید می‌کنند- بود. یعنی باید پیشینیانی وجود داشته باشد، مانند باکتری‌های ابتدایی، که از آن زمان، فرگشت یافته‌اند تا فتوسنتز آنوکسیژنیک انجام دهند.

 

دکتر کاردونا گفت: «این اولین‌باری است که زمان ِ تکامل فتوسیستم‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج، این احتمال را نشان می‌دهد که فتوسنتز اکسیژنیک، فرآیندی که تمام اکسیژن روی زمین را تولید کرده است؛ در واقع فتوسنتز اکسیژنیک در دوران بسیار اولیه در تاریخ فرگشت حیات آغاز شده است- به حل یکی از بحث‌های بزرگ امروزی در زیست‌شناسی کمک می‌کند.»

 

یک یافتۀ شگفت‌آور این بود که فرگشت فتوسیستم، خطی نبود. فتوسیستم‌ها به آرامی در حال تکامل هستند- تکامل آنها از زمان پدیدار شدن سیانوباکتری‌ها، حداقل ۲٫۴ میلیارد سال قبل، صورت گرفته است. اما وقتی دکتر کاردونا از آن سرعت آرام فرگشت برای محاسبه منشأ فتوسنتز استفاده کرد، تاریخی را به دست آورد که حتی بیشتر از تاریخ خود زمین بود.

 

بدین معنی که فتوسیستم در آغاز حتماً بسیار سریع‌تر فرگشت یافته است- چیزی که تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ناشی از داغ‌تر شدن سیاره زمین بوده است. این دانشمند خاطرنشان کرد: «هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که در مورد اینکه چرا حیات بدین شکل است و منشأ اکثر فرآیندهای بیولوژیکی از کجا است، نمی‌دانیم. گاهی اوقات بهترین حدس‌های بررسی‌شدۀ ما، حتی به چیزی که مدت‌ها قبل رخ داده است هم نزدیک نیست.» جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Heliyon شده است.

 

ترجمه: زهرا جهانبانی - بیگ بنگ