“生物鐘”誕生于22億年前，是為了高效的光合作用而由微生物產(chǎn)生的……從蛋白質(zhì)中闡明起源

6月2日(月) 15:00發(fā)布

向山副教授(在福井縣永平寺町的福井縣立大學(xué))發(fā)表了關(guān)于生物鐘起源的研究成果

生物不依賴鐘表等而掌握時(shí)間流逝的“生物鐘”。 福井縣立大學(xué)生物資源系的向山厚副教授(蛋白質(zhì)科學(xué)、時(shí)間生物學(xué))等小組發(fā)表了研究結(jié)果，認(rèn)為該機(jī)制誕生于22億年前左右。 據(jù)推測(cè)，進(jìn)行光合作用的微生物產(chǎn)生，并傳承到現(xiàn)在，其內(nèi)容暗示了生物鐘的重要性。 (荒田憲助)圖解:生物鐘的進(jìn)化過程

地球誕生于46億年前，當(dāng)初的空氣缺氧。 之后，出現(xiàn)了使用光能，利用水和二氧化碳制造氧氣和有機(jī)物進(jìn)行光合作用而繁殖的微生物。 據(jù)說由于氧氣濃度上升等，空氣的組成發(fā)生了變化。

由于地球自轉(zhuǎn)的影響，光合作用只適合于太陽光到達(dá)地面的白天，夜間繼續(xù)運(yùn)行光合作用系統(tǒng)會(huì)造成能量的浪費(fèi)。 因此，為了把握時(shí)間的經(jīng)過，高效地進(jìn)行光合作用而產(chǎn)生的就是生物鐘的結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)在，不僅是微生物，以人為首的哺乳類、植物、昆蟲等許多生物都具備生物鐘，但什么時(shí)候誕生的還不清楚。

研究小組著眼于，與生物鐘相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)以約24小時(shí)為周期發(fā)生形狀變化。 生活在淡水和海水中的光合生物“藍(lán)細(xì)菌”等微生物約150種蛋白質(zhì)的信息，收集了祖先的蛋白質(zhì)是什么樣的氨基酸序列用計(jì)算機(jī)計(jì)算出是什么做的。 成功地再現(xiàn)和復(fù)原了從被確認(rèn)存在可追溯祖先的31億年前到1億年前的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的序列。

當(dāng)我們觀察復(fù)原的蛋白質(zhì)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)22億年前以后的東西一定周期確認(rèn)了在中改變了形狀。 另一方面，26億年前的東西無法確認(rèn)反應(yīng)，由此得出微生物獲得生物鐘是在26億~22億年前的時(shí)期。

另外，此次研究還表明，22億年前的蛋白質(zhì)的生物鐘周期為18~20小時(shí)。 這個(gè)時(shí)代地球自轉(zhuǎn)比現(xiàn)在快，除了化石等研究表明一天20小時(shí)左右之外，還與地球氧濃度急劇上升的時(shí)期重合。 據(jù)說這證實(shí)了生物鐘的誕生及其進(jìn)化，與地球的歷史密切相關(guān)。

向山副教授說:“生物鐘這個(gè)詞與生活息息相關(guān)，但其起源這個(gè)樸素的問題終于找到了答案。 解說說:“從22億年前開始連續(xù)維持的事實(shí)中，可以看出其重要性?！?在此基礎(chǔ)上，他說:“將來，如果人類移居地球以外的行星，該行星的自轉(zhuǎn)周期具有對(duì)應(yīng)的生物鐘藍(lán)細(xì)菌如果先輸送氧氣的話，也許就能確保人類所需的氧氣濃度了。 展望說:“通過這次的發(fā)現(xiàn)，這樣的夢(mèng)想將會(huì)擴(kuò)大。”

論文于5月在英國(guó)科學(xué)雜志《自然通訊”上刊登了。