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우리 눈의 고대 단백질은 외계 생명체를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다

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우리가 태양계를 탐험하고 외계 행성을 연구하는 데 더 많은 기술을 습득함에 따라 단순한 형태의 생명체를 찾는 가능성은 공상과학 소설의 영역에서 벗어나 외계 생명체를 찾는 것을 목표로 우주 임무를 계획하는 방향으로 이동하고 있습니다. 우리가 이 발견을 할 수 있는 날이 다가옴에 따라 외계 생명체는 어떤 모습일 수 있을까?라는 질문을 하는 것이 좋습니다.

캘리포니아 대학교 리버사이드의 연구원 팀은 다른 세계와 그 대기에서 단순한 삶이 어땠는지 더 잘 이해하기 위해 고대 지구와 초기 거주자들을 연구했습니다. 오늘날 지구는 생명체가 단순한 숙주였을 때와 매우 다릅니다.

Great Oxygenation Event는 지구를 영원히 변화시켰고 오늘날과 같은 행성이 되는 길에 놓이게 했습니다. 산소가 풍부한 대기와 복잡한 생명체가 특징인 세계. 대 산소 사건 이전에 지구의 대기는 매우 달랐고 생명은 그것을 바꿨습니다. 이 짧은 역사는 생명과 환경이 서로 얽혀 있다는 중요한 진실을 보여줍니다.

지구상의 초기 생명체는 상대적으로 에너지가 부족한 환경과 산소가 거의 없는 대기에서 살았습니다. 햇빛은 이용 가능한 유일한 에너지였으며 광합성이 진화하기 훨씬 이전에 생명체는 햇빛을 다양한 방식으로 사용했습니다. 그들은 햇빛을 포착하기 위해 로돕신이라는 단백질을 사용했으며 이 단백질은 광합성에 비해 태양 에너지를 사용하는 더 쉬운 방법이었습니다.

에드워드 슈위터만캘리포니아 대학의 우주생물학자는 보도 자료에서 “초기 지구에서는 에너지가 매우 부족했을 수 있습니다. “박테리아와 고세균은 광합성에 필요한 복잡한 생체 분자 없이 태양의 풍부한 에너지를 사용하는 법을 배웠습니다.” Schweiterman은 Journal of Molecular Biology and Evolution에 발표된 새로운 연구의 저자 중 한 명입니다. 이 연구는 감독 베툴 카차르위스콘신 대학의 우주생물학자가 수행했다.

로돕신의 유익한 역할로 인해 로돕신은 그들이 기원한 초기 생명체의 멸종과 함께 사라지지 않았습니다. 그들은 우리 자신을 포함하여 오늘날의 피조물에서 풍부하게 발견됩니다. 로돕신은 망막의 원통형 세포에 존재하며 저조도에서 시력을 담당합니다. 또한 소금 연못과 같은 장소에서 단순한 현대 생활 형태로 발견됩니다.

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현대 유기체에서 이러한 단백질의 존재는 로돕신의 진화 역사와 관련이 있습니다. 연구원들은 기계 학습과 단백질 시퀀싱을 사용하여 이 관계를 조사하고 있습니다. 이러한 도구를 사용하여 지질학적 시간 규모에서 단백질의 진화를 추적할 수 있습니다. 지구의 현재 생명체와 대기를 조사하는 것은 다른 세계에서 생명체를 찾는 좋은 지표가 아닙니다. 지구의 현재 대기에는 산소가 풍부합니다. 그러나 일부 연구에 따르면 초기 지구의 대기는 금성의 대기와 더 유사했습니다.

새로운 논문의 저자들은 로돕신의 진화를 추적함으로써 이러한 단백질의 가계도를 만들었습니다. 그들은 25억년에서 40억년 전의 로돕신을 재구성할 수 있었습니다. 생명체에 대한 우리의 탐색의 대부분은 행성의 대기에 초점을 맞추었습니다. 대기의 특정 분자는 바이오마커로 작용할 수 있습니다. 그러나 어느 것이 단순하고 원시적인 생명체를 나타낼 수 있는지 알기 위해서는 이 행성이 단순한 생명체를 수용했을 때 지구의 대기가 어땠는지 정확히 알아야 합니다.

저자들은 논문에서 “생명과 생명체가 존재하는 환경 사이의 복잡한 관계를 해독하는 것은 지질학적 시간 척도에 걸쳐 행성의 거주 가능성을 결정하는 요인을 재구성하는 데 필수적입니다.”라고 씁니다. 연구의 주저자인 Kachar는 “우리가 알고 있는 생명체는 생명체 자체만큼이나 지구의 조건을 반영하는 것”이라고 말했습니다. “우리는 단일 분자의 고대 DNA 서열을 재창조했으며 이를 통해 과거 생물학 및 생태학과 관련시킬 수 있었습니다.”

새로운 연구는 오늘날 이용 가능한 유전적 계보 검사와 유사합니다. 우리는 우리의 DNA를 이 분야에서 일하는 센터에 보낼 수 있고 우리의 기원에 대해 많은 것을 배울 수 있습니다. 이 연구원들의 집중적인 작업은 계보 테스트보다 훨씬 더 깊습니다. 그러나 이 비교는 그들의 작업을 이해하는 데 도움이 됩니다.

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Schwieterman은 “이는 사람의 많은 후손의 DNA를 수집하여 DNA를 재구성하는 것과 같습니다.”라고 말했습니다. “여기서 차이점은 연구자들이 수십억 년 전에 전 세계에 살았던 작은 유기체의 DNA를 재구성하고 있다는 것입니다.” 연구원들은 흡수한 빛에서 고대 로돕신과 현대 로돕신의 차이점을 발견했습니다. 유전적 재구성에 따르면 고대 로돕신은 주로 청색광과 녹색광을 흡수했습니다. 현대의 로돕신은 파란색, 녹색, 노란색 및 주황색 빛을 흡수합니다. 이 문제는 고대와 현대 지구의 환경 차이에 대한 단서입니다.

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우리는 약 20억~42억 년 전에 일어난 대산소 사건 이전에 고대 지구에는 오존층이 없었다는 것을 알고 있습니다. 대기에 자유산소가 없다면 오존층이 형성되지 않을 것이고, 오존층이 없다면 지구상의 생명체는 오늘날보다 훨씬 더 많은 자외선에 노출될 것이다. 현재 오존층은 태양 자외선의 97~99%를 흡수합니다.

연구원들은 고대 로돕신이 노란색과 주황색 빛이 아닌 파란색과 녹색 빛을 흡수하는 능력이 그것에 의존하는 생명체가 수 미터 깊이 수주에서 살았음을 의미한다고 생각합니다. 유기체 위의 물 기둥은 물 표면의 UVB 광선으로부터 유기체를 보호했습니다. 대산소 사건 이후 오존층은 태양의 자외선을 차단했으며 생명체는 더 많은 빛을 흡수할 수 있는 더 현대적인 로돕신을 진화시켰습니다. 따라서 현대의 로돕신은 파란색과 녹색 빛 외에도 노란색과 주황색 빛을 흡수할 수 있습니다.

현대의 로돕신은 광합성 엽록소 색소가 흡수할 수 없는 빛을 흡수할 수 있습니다. 현대의 로돕신과 광합성은 서로 다른 빛을 흡수하여 서로를 보완합니다. 그들은 관련이없고 독립적 인 메커니즘이지만. 이 보완적인 관계는 진화의 복잡성을 보여줍니다. 슈바이터만은 다음과 같이 말했다.

이것은 유기체 그룹이 다른 유기체가 흡수하지 않는 빛을 사용하는 공진화를 암시합니다. 이것은 로돕신이 먼저 진화하여 녹색 빛을 받아들이고 엽록소가 나중에 진화하여 나머지 빛을 흡수하기 때문이거나 그 반대일 수 있습니다.

지질학에는 지구 초기 생명체의 특성과 관련된 많은 단서가 있습니다. 과학자들은 초기 생명체가 어떻게 생존하고 진화했는지 이해하기 위해 고대 암석을 연구합니다. 또한 태양의 거동과 지구의 변화에 ​​따라 얼마나 많은 햇빛이 지구에 도달했는지를 조사합니다. 그러나 이제 그들은 또 다른 도구를 가지고 있습니다. 저자는 기사에서 다음과 같이 설명합니다.

지질학적 및 천문학적 추론은 이러한 질문에 답할 수 없지만 생명 자체에 인코딩된 정보는 우리 행성이 어떻게 거주 가능성을 유지해 왔는지에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다.

고대 생활에서 로돕신은 일종의 양성자 펌프 역할을 했습니다. 양성자 펌프는 생물체에서 에너지 구배를 생성하며 생물체의 생존에 필요한 화학 에너지를 생성하는 광합성과 다릅니다. 양성자 펌프와 에너지 구배는 세포막의 전기화학적 포텐셜의 차이를 유발합니다. 양성자 펌프는 배터리처럼 작동합니다. 미래에 사용할 에너지를 제공하기 때문입니다.

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과학적으로 호기심 많은 사람들로서 우리는 그들의 정확한 작동을 알 필요가 없습니다. 우리는 그것들이 초기 지구와 그곳에서 번성했던 단순한 생명체와 유사한 외계 행성의 대기를 식별하는 데 어떻게 도움이 되는지 이해할 수 있습니다.

연구원들은 생체 분자에 인코딩된 정보를 사용하여 고대 생명체가 살았던 서식지를 이해할 수 있다고 말합니다. 그들은 이 다양한 단백질군의 기능적 다양성과 스펙트럼 조절로 인해 로돕신이 외계행성에서 원격으로 감지할 수 있는 생물학적 신호를 식별하기 위한 우수한 실험실 기질이라고 말합니다.

연구원의 조사는 아직 끝나지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 그들은 합성 생물학 기술을 사용하여 고대 로돕신과 지구의 고대 대기 형성에 미치는 영향 및 외계행성의 대기를 형성하는 방법을 이해할 계획입니다. Kachar는 “우리는 고대 DNA를 현대 게놈에 삽입하고 미생물이 수백만 년 전에 했던 방식으로 행동하도록 재프로그래밍하고 있습니다”라고 말했습니다. “로돕신은 시간 여행에 대한 실험실 연구에 적합한 후보입니다.”

초기 생명체와 지구의 초기 대기에 대한 몇 가지 증거는 우리 눈에 숨겨져 있습니다. 그러나 이 연구 그룹의 목표는 그 증거를 찾는 데 직면한 몇 가지 장애물을 극복하는 것입니다. Kachar는 “우리 연구는 기존의 바이오마커와 달리 효소의 행동 이력이 진화적 관점에서 재구성될 수 있음을 처음으로 보여줍니다.”라고 말했습니다.

초기 지구에 대해 더 많이 배울수록 다른 세계에 대해 더 많이 배울 수 있습니다. 여러 행성이 생명체를 지원한다면 각각은 생명체를 수용하는 다른 경로를 택했을 것입니다. 그러나 그들의 이면에는 화학과 물리학의 유사점이 있을 것이며 지구에서와 마찬가지로 생명체와 환경 간의 상호 작용이 다른 세계의 역사를 형성해야 합니다. 저자는 자신의 기사에서 다음과 같이 씁니다.

지구 역사 초기에 생명과 환경의 공진화는 태양계 너머의 미생물이 지배하는 다른 행성에서 생성될 수 있는 탐지 가능한 전지구적 바이오마커를 예측하는 모델 역할을 합니다.

슈바이터만은 다음과 같이 말했다.

초기 지구는 오늘날 우리의 세계에 비해 외계 환경입니다. 지구상의 유기체가 시간이 지남에 따라 다른 환경에서 어떻게 변했는지 이해하면 외계 생명체를 찾고 식별하는 방법에 대한 귀중한 지식을 얻을 수 있습니다.

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