Oksigen membentuk 21% dari atmosfer Bumi, dan kita membutuhkannya untuk bernafas. Bakteri purba berevolusi enzim pelindung yang mencegah oksigen dari merusak DNA mereka, tetapi apa insentif evolusi yang harus mereka lakukan ini? Para peneliti telah menemukan bahwa sinar ultraviolet yang mengenai permukaan es es dapat melepaskan oksigen molekuler. Koloni bakteri yang hidup di dekat es ini diperlukan untuk mengembangkan pertahanan pelindung ini. Mereka kemudian diperlengkapi dengan baik untuk menangani pertumbuhan oksigen atmosfer yang dihasilkan oleh bakteri lain yang biasanya beracun.
Dua setengah miliar tahun yang lalu, ketika nenek moyang evolusi kita tidak lebih dari binar di membran plasma bakteri, proses yang dikenal sebagai fotosintesis tiba-tiba mendapatkan kemampuan untuk melepaskan oksigen molekuler ke atmosfer Bumi, menyebabkan salah satu perubahan lingkungan terbesar di dunia. sejarah planet kita. Organisme yang dianggap bertanggung jawab adalah cyanobacteria, yang diketahui telah berevolusi kemampuan untuk mengubah air, karbon dioksida, dan sinar matahari menjadi oksigen dan gula, dan masih ada sampai sekarang sebagai ganggang biru-hijau dan kloroplas di semua tanaman hijau.
Tetapi para peneliti telah lama bingung bagaimana cyanobacteria dapat membuat semua oksigen itu tanpa meracuni diri mereka sendiri. Untuk menghindari DNA mereka dihancurkan oleh radikal hidroksil yang secara alami terjadi dalam produksi oksigen, cyanobacteria harus mengembangkan enzim pelindung. Tetapi bagaimana seleksi alam dapat menyebabkan cyanobacteria mengembangkan enzim-enzim ini jika kebutuhan mereka belum ada?
Sekarang, dua kelompok peneliti di California Institute of Technology menawarkan penjelasan tentang bagaimana cyanobacteria dapat menghindari kontradiksi yang tampaknya tanpa harapan ini. Dilaporkan dalam Prosiding 12 Desember dari National Academy of Sciences (PNAS) dan tersedia online minggu ini, kelompok-kelompok tersebut mendemonstrasikan bahwa sinar ultraviolet yang menabrak permukaan es es dapat menyebabkan penumpukan oksidan beku dan pelepasan oksigen molekuler ke dalam lautan dan atmosfer. Tetesan racun ini kemudian dapat mendorong evolusi enzim yang melindungi oksigen dalam berbagai mikroba, termasuk cyanobacteria. Menurut Yuk Yung, seorang profesor ilmu planet, dan Joe Kirschvink, Profesor Geobiologi Van Wingen, solusi UV-peroksida adalah "agak sederhana dan elegan."
"Sebelum oksigen muncul di atmosfer, tidak ada layar ozon untuk menghalangi sinar ultraviolet dari memukul permukaan," jelas Kirschvink. “Ketika sinar UV mengenai uap air, ia mengubah sebagian dari ini menjadi hidrogen peroksida, seperti barang yang Anda beli di supermarket untuk memutihkan rambut, ditambah sedikit gas hidrogen.
"Biasanya peroksida ini tidak akan bertahan lama karena reaksi balik, tetapi selama glasiasi, hidrogen peroksida membeku pada satu derajat di bawah titik beku air. Jika sinar UV menembus ke permukaan gletser, sejumlah kecil peroksida akan terperangkap dalam es gletser. ” Proses ini sebenarnya terjadi hari ini di Antartika ketika lubang ozon terbentuk, memungkinkan sinar UV yang kuat mengenai es.
Sebelum ada oksigen di atmosfer bumi atau layar UV, es gletser akan mengalir menuruni lautan, meleleh, dan melepaskan sejumlah peroksida langsung ke air laut, di mana jenis reaksi kimia lain mengubah peroksida kembali menjadi air. dan oksigen. Ini terjadi jauh dari sinar UV yang akan membunuh organisme, tetapi oksigen pada tingkat yang sangat rendah sehingga cyanobacteria akan menghindari keracunan oksigen.
"Lautan adalah tempat yang indah bagi enzim yang melindungi oksigen untuk berevolusi," kata Kirschvink. "Dan begitu enzim pelindung itu berada di tempatnya, itu membuka jalan bagi fotosintesis oksigenik untuk berevolusi, dan untuk respirasi aerobik sehingga sel-sel benar-benar bisa menghirup oksigen seperti kita."
Bukti untuk teori ini berasal dari perhitungan penulis utama Danie Liang, lulusan baru dalam ilmu keplanetan di Caltech yang sekarang di Pusat Penelitian untuk Perubahan Lingkungan di Academia Sinica di Taipei, Taiwan.
Menurut Liang, pembekuan serius yang dikenal sebagai Bumi Bola Salju Makganyene terjadi 2,3 miliar tahun yang lalu, kira-kira pada waktu cyanobacteria mengembangkan kemampuan penghasil oksigen mereka. Selama episode Bumi Bola Salju, cukup peroksida yang bisa disimpan untuk menghasilkan oksigen hampir sama banyaknya dengan yang ada di atmosfer sekarang.
Sebagai bukti tambahan, perkiraan tingkat oksigen ini juga cukup untuk menjelaskan pengendapan ladang mangan Kalahari di Afrika Selatan, yang memiliki 80 persen cadangan ekonomi mangan di seluruh dunia. Deposit ini terletak tepat di atas jejak geologis terakhir Bola Salju Makganyene.
"Kami dulu mengira itu adalah cyanobacterial bloom setelah glaciation yang membuang mangan dari air laut," kata Liang. "Tapi itu mungkin hanya oksigen dari dekomposisi peroksida setelah Snowball yang melakukannya."
Selain Kirschvink, Yung, dan Liang, penulis lain adalah Hyman Hartman dari Pusat Teknik Biomedis di MIT, dan Robert Kopp, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang geobiologi di Caltech. Hartman, bersama dengan Chris McKay dari NASA Ames Research Center, adalah pendukung awal untuk peran yang dimainkan hidrogen peroksida dalam asal-usul dan evolusi fotosintesis oksigenik, tetapi mereka tidak dapat mengidentifikasi sumber anorganik yang baik untuk itu di lingkungan prekambrian bumi.
Sumber Asli: Siaran Berita Caltech
