2,5 milliárd éve ketyeg a biológiai óra

Az élettani működésünk organikus időzítőkre támaszkodik: ha megzavarják ezeket, a hatások a jetlagtől a szkizofréniáig terjedhetnek. Hogy pontosan hogyan és mikor kezdett el az élet az idő szerint élni, egyelőre nem tudjuk pontosan, viszont most van egy lehetséges magyarázat a biológiai óra ősét illetően.

A biológiai órák mindenhol jelen vannak a természetben, így az első óra valószínűleg megelőzte a modern organizmusok evolúciós szétválását. Valamilyen szinten viszont mindegyik organizmus biológiai órája egyedi. Nem így az Akhilesh Reddy és kollégái által a Cambridge Egyetemen felfedezett: a peroxiredoxin (PRX) enzim lehet a biológiai órák nagyapja.

A PRX megszabadul a mérgező, reaktív oxigéntől (ROS), melyet az oxigén-alapú anyagcsere állít elő. Az enzim oszcillál: ugrál az aktív és az inaktív állapotok között, attól függően, hogy az oxigén, amelyhez kötődik, aktív-e. Olyan antitestek használatával, melyek csak az oxidált enzimhez kötődnek, a kutatók azt találták, hogy PRX oxidáció továbbra is 24 órás ciklusokban megy végbe, attól függetlenül, hogy az organizmusokat állandó fénynek, vagy állandó sötétségnek tették ki.

Sőt, azt találták, hogy a PRX ciklus egerekben, muslicákban, növényekben, gombákban, algákban baktériumokban, és a legprimitívebb archareákban is jelen van. Ez alapján valószínű, hogy a PRX az élet nagyon korai szakaszában fejlődött ki. A génszekvencia-analízis szerint körülbelül 2,5 milliárd évvel ezelőtt, a Nagy Oxigenizációs Esemény (Great Oxygenation Event, GOE) alatt. Ez egy olyan kritikus időköz volt, amikor a fotoszintézisből származó oxigén elkezdett felhalmozódni a légkörben.

Napszaktól függetlenül

Reddy szerint a PRX megvédte a primitív sejteket a reaktív oxigéntől (ROS), amikor a fotoszintézis megemelte annak arányát. A PRX elkezdett oszcillálni, elébe vágva a terhelésnek, így egy önálló, napi ritmust tartó óra vált belőle. Mivel minden megvizsgált életforma járja a maga 24 órás PRX-oxidációs táncát, Reddy úgy gondolja, ez a megoldás megelőzött más, génkötődésű biológiai órákat.

Talán még vezették is az evolúciójukat. Egy másik génekhez kapcsolódó, csak a cianobaktériumokban létező óra valószínűleg a PRX mellett fejlődött ki. Sőt, egy archeának, mely oxigén nélkül él, így sosem kellett megküzdenie a reaktív oxigénnel sem: nála egyáltalán nem fejlődött ki a PRX-ora, sőt semmiféle cirkadián ritmusa sincs.

Amikor a PRX 2,5 milliárd évvel ezelőtt kialakult, a Föld még gyorsabban pörgött és egy nap csak 11 óráig tartott. “Idővel alkalmazkodtak az éjszakák és nappalok meghosszabbodásához" – mondja Reddy. Sőt, talán többet is tettek az alkalmazkodásnál: az egynapos hosszúsághoz legjobban illeszkedő biológiai órák kialakulása valószínűleg egybeesettt a legnagyobb evolúciós lépésekkel. Ioannis Karafyllidis a görög Democritus Egyetem kutatója azt találta, hogy a cianobaktériumok ciklikussága hatékonyabban működik 11, illetve 21 órás periódusokkal.