No episódio Seven, A sala Limpa , Neil deGrasse Tyson inicia nossa jornada viajando para os mares rasos que formaram o que hoje conhecemos como o Grand Canyon um bilhão de anos atrás, no que era então o pré-cambriano Epoch para encontrar o único tipo de vida no planeta : bactérias azul-esverdeadas . Oxygen , um dos subprodutos da fotossíntese por micróbios , como cianobactérias e seus descendentes -incluindo algas e plantas superiores, transformaram o pré-cambriano da Terra e tornaram possível a evolução de organismos mais complexos.
Pintar um quadro de vida durante 3 bilhões de anos, que precederam a explosão da vida no Período Cambriano é um desafio, porque as células pré-cambrianas de corpo mole raramente deixaram marcas fósseis. No entanto, as formas iniciais de vida deixou para trás uma abundante de fósseis microscópicos : DNA que discutiremos em profundidade abaixo.
Jeffrey touchman , na Escola de Ciências da Vida da Universidade Estadual de Arziona , fez uma pesquisa inovadora para iluminar grandes lacunas nos dados genéticos disponíveis para os micróbios fotossintéticos através do estudo dos organismos conhecidos como extremófilos fototróficas que vivem em ambientes excepcionalmente duras e exóticas como a enterrada lagos da Antártida onde a biodiversidade de bactérias anoxigênicas extremofílicos são conhecidas .
A pesquisa de touchman está focada em seqüenciamento do genoma e análises moleculares de heliobacteria , proteobactérias e uma cianobactéria com a capacidade de mudar para fotossíntese anoxigênica ( sem oxigênio ), na presença de sulfeto , um possível evolutiva "elo perdido" entre anoxigênicas e organismos fotossintéticos oxigênicas .
Touchman , que também é um investigador adjunto da Translational Genomics Research Institute ( TGen ) , escolheu sua fotossintética , parceiros microbianas com cuidado ; cada um suporta um metabolismo único, fisiologia ou ecologia e difere em aspectos fundamentais de genomas seqüenciados de qualquer outro phototroph . Escondido em vários códigos genéticos destes organismos podem ser marcas : Traços de inovações evolucionárias iniciais apontam para a origem da fotossíntese de alta energia em evolução de oxigênio .
Existem ligações importantes entre a obra de touchman sobre as origens terrestres e astrobiologia . " Extremófilos fototróficas são excelentes micróbios modelo para estudos de troca fotossintética interplanetária ", disse touchman .
Incorporado nos códigos genéticos destes organismos extremófilos , ele acredita , pode haver vestígios de inovações evolucionárias precoce, características que levaram as primeiras formas de vida na Terra para o desenvolvimento de fotossíntese de alta energia em evolução de oxigênio .
"O oxigênio é um bioassinatura central ou impressão digital da vida procurado nos espectros atmosférica de planetas além do nosso sistema solar. Compreensão molecular detalhada de como os micróbios fotossintéticos pode ultrapassar os limites da existência extrema - ambiente em nosso planeta também vai preencher lacunas importantes na nossa atual compreensão do potencial extra- terrestre para a fotossíntese em evolução oxigênio ", touchman acrescenta .
" Alguns microrganismos podem sobreviver viagens interplanetárias cocooned dentro de rochas decolou planetas por impactos de cometas e asteróides . Isso panspermia rochoso é um mecanismo eficaz para espalhar a vida dentro de um sistema planetário " , acrescenta o diretor do Centro de ASU Além de Conceitos Fundamentais de Ciência , Paul Davies . A chegada de fotossíntese aeróbica via transporte de materiais por meios externos , como meteoritos , podem mudar profundamente o sentido da evolução biológica na superfície de um planeta.
Paul Davies , diretor do Centro Além de ASU para Conceitos Fundamentais em Ciência, desenvolveu algumas das idéias sobre as quais atividades extraterrestres de touchman se baseiam. " Alguns microrganismos podem sobreviver viagens interplanetárias cocooned dentro de rochas decolou planetas por impactos de cometas e asteróides ", disse ele . "Isso panspermia rochoso é um mecanismo eficaz para espalhar a vida dentro de um sistema planetário.
Cerca de 580 milhões de anos, a vida na Terra começou um período de rápida mudança chamou a Explosão Cambriana , um período definido pelo nascimento de novas formas de vida ao longo de muitos milhões de anos que, finalmente, ajudou a trazer a diversidade moderna de animais. Fósseis ajudar paleontólogos crônica da evolução da vida desde então, mas fazer um desenho de vida durante 3 bilhões de anos, que precederam o Período Cambriano é um desafio, porque as células pré-cambrianas de corpo mole raramente deixaram marcas fósseis. No entanto, as formas iniciais de vida deixou para trás uma abundante de fósseis microscópicos : DNA.
Porque todos os organismos vivos herdam seus genomas de genomas ancestrais, biólogos computacionais do MIT fundamentado que eles poderiam usar genomas modernos para reconstruir a evolução de micróbios antigos. Eles combinaram informações da biblioteca sempre crescente do genoma com o seu próprio modelo matemático que leva em conta as formas que os genes evoluem : novas famílias de genes pode ser nascido e herdado ; os genes podem ser trocadas, ou horizontalmente transferidos entre organismos ; genes pode ser repetido no mesmo genoma ; e os genes podem ser perdidos .
Os cientistas seguiram milhares de genes de 100 genomas modernos de volta para a primeira aparição desses genes na Terra para criar um fóssil genômico dizendo não só quando os genes surgiu , mas também que os micróbios antigos possuíam esses genes. O trabalho sugere que o genoma coletivo de toda a vida passou por uma expansão entre 3,3 e 2,8 bilhões de anos atrás , durante o qual 27 por cento de todas as famílias de genes existentes atualmente surgiu.
Eric Alm, professor do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental e do Departamento de Engenharia Biológica, e Lawrence David , que recentemente recebeu seu Ph.D. do MIT e é um companheiro júnior na Sociedade de Harvard Fellows, têm chamado este período, a expansão Arqueano . A imagem abaixo mostra a dobradura excepcional exposto em gnaisse idade Arqueano no sudeste da Groenlândia.
Como muitos dos novos genes identificados que estão relacionados com o oxigênio, Alm e David primeiro pensou que o surgimento do oxigênio pode ser responsável pela expansão Arqueano . O oxigênio não existia na atmosfera da Terra até cerca de 2,5 bilhões de anos atrás , quando começou a se acumular, provavelmente matando um grande número de formas de vida anaeróbico na oxidação grande evento .
"O Grande Evento de Oxidação foi, provavelmente, o evento mais catastrófico na história da vida celular , mas não temos qualquer registro biológico dele ", diz Alm .
Uma inspeção mais detalhada , no entanto, mostrou que genes utilizando oxigênio não aparecer até o fim da cauda da Expansão Arqueano 2,8 bilhões anos atrás, o que é mais consistente com os geoquímicos data atribuir à oxidação grande evento .
Em vez disso, Alm e David acreditam ter detectado o nascimento de transporte de elétrons moderno, o processo bioquímico responsável pelo transporte de elétrons dentro das membranas celulares. O transporte de elétrons é usado para respirar oxigênio e por plantas e alguns micróbios durante a fotossíntese quando eles colhem a energia diretamente do sol. A forma de fotossíntese chamado fotossíntese aeróbica é acreditado para ser responsável por gerar o oxigênio associado à oxidação Evento Grande, e é responsável pelo oxigênio que nós respiramos hoje.
A evolução do transporte de elétrons durante a expansão Arqueano teria permitido várias etapas importantes na história de vida , incluindo a fotossíntese e respiração , os quais poderiam levar a quantidades muito maiores de energia que está sendo colhidos e armazenados na biosfera.
"Nossos resultados não podem dizer se o desenvolvimento do transporte de elétrons causou diretamente a Expansão Arqueano ", diz David . " No entanto, podemos especular que ter acesso a um orçamento de energia muito maior habilitado a biosfera para sediar os ecossistemas microbianos maiores e mais complexas . "
David e Alm também passou a investigar como genomas microbianos evoluiu após a expansão Arqueano , olhando para os metais e moléculas associadas com os genes e como aqueles mudou em abundância ao longo do tempo . Eles encontraram uma porcentagem cada vez maior de genes usando oxigênio e enzimas associadas com cobre e molibdênio, que é consistente com o registro geológico da evolução.
" O que é realmente notável sobre estas descobertas é que provam que as histórias de eventos muito antigos são registradas no DNA compartilhado por organismos vivos ", diz Alm . " E agora que estamos começando a entender como decodificar essa história , eu tenho esperança de que possamos reconstruir alguns dos primeiros eventos da evolução da vida em grande detalhe. "
Para mais informações : " inovação evolutiva rápida durante uma expansão genética Arqueano ", de Lawrence A. David e Eric J. Alm . Nature online 19 dezembro de 2010.
Descobrindo o a Idade da Terra
Em meio a temperaturas abaixo de zero , os homens de Geochemist Clair Patterson cavou fundo no gelo da Antártida para descobrir neve que caiu antes do início da Revolução Industrial. Patterson desenvolveu o método de datação de urânio - chumbo em chumbo- chumbo namoro, e usando dados isotópicos de chumbo do meteorito Canyon Diablo , ele calculou uma idade para a Terra de 4.550 milhões ano ; uma figura muito mais precisos do que os que existiam na época e que permaneceu inalterada por mais de 50 anos.
Patterson trabalhou sob a suposição de que os meteoritos são materiais mais à esquerda a partir da criação do Sistema Solar, e, assim, medindo a idade de uma dessas rochas da idade da Terra seria revelado . Reunindo os materiais necessários tempo e, em 1953 , Clair Cameron Patterson teve seus exemplares finais do meteorito Canyon Diablo . Ele os levou para o Laboratório Nacional Argonne , onde foi concedido o tempo em um espectrômetro de massa modelo de tarde .
Em uma reunião em Wisconsin logo depois, Patterson revelou que a idade definitiva da Terra é 4,550 bilhões de anos ( dar ou levar 20 milhões de anos) .
Patterson tinha encontrado primeiro contaminação por chumbo no final de 1940 como estudante de pós-graduação na Universidade de Chicago. Seu trabalho sobre isso levou a uma reavaliação total do crescimento das concentrações de chumbo na atmosfera eo corpo humano a partir de causas industriais e sua campanha subseqüente foi seminal na proibição de aditivos de chumbo à gasolina e solda de chumbo em latas de comida.
O Galaxy diário via ASU , MIT, e Wikipedia Commons
Crédito da imagem: Com agradecimentos a National Geographic.com , UMass e http://blog.aapg.org/learn/?p=976
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