Typensidonta aikaistui miljardilla vuodella

Washingtonin yliopistossa tehdyn tutkimuksen mukaan typensidontaan (typen fiksaatio) kykeneviä organismeja oli olemassa jo 3,2 miljardia vuotta sitten. Tämä havainto aikaistaa typensidontaa n. miljardilla vuodella.

Tähän asti typensidonnan on uskottu kehittyneen n. 2 miljardia vuotta. Typensidontaan osallistuvien entsyymien geenisekvenssien kehitysopillinen analyysi on antanut niiden iäksi 1,5 - 2,2 miljardia vuotta. Geenisekvensseihin perustuva ajoitus on siten räikeässä ristiriidassa sedimenttikivistä tehdyn ajoituksen kanssa.

"Ihmiset ovat aina uskoneet, että muinainen biosfääri pysyi nipinnapin hengissä vihamielisellä planeetalla ja että vasta typensidonnan ilmaantuminen räjäytti biofäärin monimuotoisuuteen ja kestävyyteen," professori Roger Buick kertoo. "Meidän työmme osoittaa, että typen puute ei ollut ongelma varhaisella maapallolla ja siksi se on voinut ylläpitää melko laajaa ja monimuotoista biosfääriä."

"On kiehtovaa ajatella, että tämä todella monimutkainen prosessi on niin vanha ja että se on säilynyt muuttumattomana niin kauan," toteaa tutkimuksen johtava kirjoittaja Eva Stüeken.

Typpi on elintärkeä alkuaine kasveille. Klorofylli on fotosynteesin tärkein pigmentti ja typpi on sen merkittävin komponentti. Typpeä on myös aminohapoissa, joista proteiinit rakentuvat. Sitä on myös muissa keskeisissä biomolekyyleissä, kuten ATP:ssä ja nukleiinihapoissa. Vaikka typpeä on paljon kaasuna (N₂) ilmakehässä, niin kasvit voivat käyttää sitä vain pelkistyneessä muodossa. Erikoistuneet mikro-organismit kykenevät pelkistämään typpeä prosessissa, jota kutsutaan typensidonnaksi (typen fiksaatio).

Typensidonta on monimutkainen prosessi ja se vaatii paljon energiaa. Sitä suorittavat mikro-organismit tarvitsevat 16 moolia ATP:ta yhden typpimoolin pelkistykseen. Typpimolekyyli koostuu kahdesta typpiatomista, joita yhdistää erittäin vanha kolminkertainen kovalenttinen sidos. Tämä vahva sidos tekee typestä inertin eli vaikeasti reagoivan kaasun. Mikro-organismit käyttävät nitrogenaasientsyymiä typpiatomien välisen sidoksen rikkomiseen ja kolmen vetyatomin liittämiseen kumpaankin typpiatomiin.

Yleisin nitrogenaasientsyymi perustuu molybdeeniin ja tutkijat havaitsivat sedimenttikivissä jälkiä tämän entsyymin käytöstä. Molybdeeniä on nykyään helposti saatavilla, koska sitä irtoaa kivistä ilmakehän hapen vaikutuksesta. Molybdeenin lähde muinaisen ja hapettomaksi oletetun ilmakehän aikaan on kuitenkin mysteeri. Tutkijat arvelevat, että tuolloin maan päällä on ollut yksisoluisia organismeja, jotka ovat tuottaneet hiukan happea molybdeenin vapauttamiseksi.

Tässäkin tapauksessa evoluutio on kehittänyt heti alkuvaiheessa monimutkaisen järjestelmän - typensidonnan - ja sitten sitä onkin käytetty sellaisenaan yli 3 miljardia vuotta. Hyvin suunniteltua ei tarvitse muuttaa. Ja jos sattuu uskomaan siihen, että biosfääri on luotu kerralla toimivaksi kokonaisuudeksi, niin molybdeenin alkuperäongelmakin häviää.



Lähteet:

http://www.washington.edu/news/2015/02/16/ancient-rocks-show-life-could-have-flourished-on-earth-3-2-billion-years-ago/

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/biological-nitrogen-fixation-23570419