Las computadoras están simulando las versiones ancestrales de la proteína más común en la Tierra, dando a los científicos una mirada incomparable al desarrollo temprano de la vida del aprovechamiento de la energía del Sol y la producción de oxígeno.

Estos hallazgos podrían arrojar luz sobre la evolución de la vida extraterrestre en otras partes del Universo. dijeron los investigadores. Recientemente, detallaron sus hallazgos en la versión en línea de la revista. Geobiología .

Fotosíntesis, que utiliza la energía de la luz solar para crear azúcares y otras moléculas orgánicas a base de carbono a partir del gas de dióxido de carbono, ha jugado un papel importante en la historia de la Tierra. La fotosíntesis apoya la existencia de plantas y otros organismos fotosintéticos en las tierras y mares de la Tierra, que a su vez sostiene redes complejas de vida animal y de otro tipo. También genera el gas oxígeno que ha alterado químicamente la faz del planeta.

Aunque el oxígeno constituye actualmente alrededor de una quinta parte de la atmósfera de la Tierra, muy temprano en la historia del planeta, el oxígeno era raro. "Nuestro planeta tiene, durante gran parte de su historia, parecía un lugar completamente extraño, "dijo Betül Kacar, biólogo evolutivo y astrobiólogo de la Universidad de Harvard.

La primera vez que el elemento impregnó la atmósfera de la Tierra en gran medida fue hace unos 2.500 millones de años en lo que se llama el Gran Evento de Oxidación. Investigaciones anteriores sugieren que este salto en los niveles de oxígeno se debió casi con certeza a las cianobacterias, microbios que, como plantas, fotosintetizar y producir oxígeno.

Estudiar cómo evolucionó la vida en las condiciones extraterrestres del pasado profundo de la Tierra puede arrojar luz sobre "las condiciones que pueden alinearse más estrechamente con la temperatura o la composición atmosférica de una amplia variedad de planetas fuera de nuestro Sistema Solar, "Dijo Kacar. En otras palabras, La investigación sobre la vida temprana en la Tierra podría ayudarnos a comprender la posible vida extraterrestre en exoplanetas distantes.

El primer paso importante de la fotosíntesis es desencadenado por una enzima conocida como Rubisco. Investigaciones anteriores sugirieron que Rubisco es probablemente la proteína más abundante en la Tierra.

"El trabajo de Rubisco es absorber dióxido de carbono del medio ambiente para convertirlo en materia biológica, "Dijo Kacar.

Existen muchas versiones de Rubisco en una amplia gama de organismos, de plantas a bacterias. Mucho sigue siendo incierto sobre cuándo evolucionó Rubisco y cómo se diversificó con el tiempo debido al escaso registro fósil de la vida temprana en la Tierra. Aprender más sobre la evolución de Rubisco podría arrojar luz sobre cómo era la fotosíntesis temprana y qué cambios produjo en la Tierra. Dichos hallazgos podrían arrojar luz sobre los efectos que podrían tener las versiones extraterrestres de la fotosíntesis en planetas distantes.

Para averiguar el árbol genealógico de Rubisco, Kacar y sus colegas utilizaron modelos informáticos para analizar las estructuras moleculares de diferentes versiones de Rubisco. Comparar y contrastar diferentes versiones de Rubisco puede arrojar luz sobre cuán cercana o distante pueden estar todas estas proteínas entre sí.

Este trabajo ayudó a los científicos a deducir las posibles estructuras de los miembros antiguos del árbol genealógico de Rubisco. A continuación, los científicos resucitaron estas proteínas ancestrales en la computadora para ver cómo podrían haberse comportado alguna vez estas estructuras.

Hay cuatro grupos principales, o formas de proteínas Rubisco y similares a Rubisco. Los científicos se centraron en los grupos denominados Forma I y Forma III. Las proteínas de la forma I están asociadas con oxia, o aire cargado de oxígeno, e incluir las formas de Rubisco que son dominantes en la actualidad. Las enzimas de la forma III están asociadas con la anoxia, o falta de oxígeno, e investigaciones previas sugirieron que pueden ser los antepasados ​​de todos los demás grupos de Rubisco.

Los nuevos hallazgos sugieren que Rubisco aparentemente experimentó una gran cantidad de cambios durante la divergencia entre los tipos de Rubisco Forma I y Forma III. Esto sugiere que el oxígeno, que era venenoso para la vida temprana en la Tierra, impulsó estos cambios. los investigadores sugieren que algunas formas de Rubisco se adaptaron a la presencia del oxígeno que ayudó indirectamente a generar. Estas formas de Rubisco se desarrollaron para no confundir el oxígeno con el dióxido de carbono.

"El dióxido de carbono y el oxígeno tienen aproximadamente el mismo tamaño y características químicas similares, para que Rubisco pueda confundir las dos moléculas, ", Dijo Kacar." Cuando Rubisco toma oxígeno en lugar de dióxido de carbono, no es posible producir biomasa porque no hay carbono en el oxígeno ".

Por último, los investigadores quieren crear microbios que posean versiones ancestrales de Rubisco. Luego pueden comparar los rasgos químicos de tales microbios con las composiciones químicas de rocas antiguas para aprender más sobre qué eventos pudieron haber ocurrido en la Tierra primitiva. Dijo Kacar.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.