Ανακαλύφθηκαν ένζυμα που αποτέλεσαν το πρώτο βιολογικό ρολόι των έμβιων οργανισμών

Ως τώρα οι βιολόγοι δεν είχαν καταφέρει να εντοπίσουν έναν κοινό βιοδείκτη του βιορυθμού μεταξύ των έμβιων οργανισμών, καθώς κάθε είδος (ζώο, φυτό, ιός κ.α.) φαίνεται να έχει το δικό του βιορυθμό, που συμβαδίζει ωστόσο με την περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο και την εναλλαγή σκότους-φωτός.

Επιστημονική ομάδα του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ με επικεφαλής τον Δρ Ακιλες Ρεντι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι υπεροξειρεδοξίνες, ένζυμα που απαντώνται σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς, ακόμη και σε πρωτόγονα βακτήρια, αποτελούν τους προγόνους των βιολογικών ρολογιών των σύγχρονων οργανισμών.

Ο σύγχρονος κιρκαδικός βιοχημικός μηχανισμός ρυθμίζει σε 24ωρη βάση τη διαδοχή ύπνου-αφύπνισης αλλά και της πείνας, με αποτέλεσμα όλοι οι έμβιοι οργανισμοί να ακολουθούν καθημερινά ένα συγκεκριμένο χρονικό μοτίβο.

Σύμφωνα λοιπόν την θεωρία των Βρετανών επιστημόνων, κάθε σύγχρονο βιολογικό ρολόι κατάγεται από τις υπεροξειρεδοξίνες. Τα συγκεκριμένα ένζυμα ακολουθούν έναν κύκλος εναλλαγής ανάμεσα σε διαφορετικές καταστάσεις, ανάλογα με το αν έχουν αντιδράσει πρόσφατα ή όχι με υπεροξείδιο του υδρογόνου (τοξικό υποπροϊόν της εισπνοής οξυγόνου). Ο κύκλος συνεχίζεται ακόμη και χωρίς την ύπαρξη φωτός στο περιβάλλον.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα εν λόγω ένζυμα ανέπτυξαν την κυκλική αυτή συμπεριφορά, πριν από 2,5 δισ. χρόνια όταν άρχισαν να αναπτύσσονται στην Γη οργανισμοί που ήταν σε θέση να διαχειριστούν τις αυξημένες ποσότητες οξυγόνου, που με τη σειρά τους επικράτησαν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.

Αξίζει να σημειωθεί ότι από την εμφάνιση των πρώτων μονοκύτταρων οργανισμών πριν από 3,7 δισ. χρόνια έως και πριν από 2,5 δισ. χρόνια το οξυγόνο στην Γη ήταν ελάχιστο. Όμως τα φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια άλλαξαν την κατάσταση, απορροφώντας διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνοντας οξυγόνο. Έτσι, η Γη κατακλύστηκε από οξυγόνο, το οποίο για τους μέχρι τότε υπάρχοντες οργανισμούς ήταν τοξικό, καθώς είχαν συνηθίσει να επιβιώνουν σε ατμόσφαιρα που κυριαρχούσαν άλλα αέρια, όπως το μεθάνιο. Τελικά επιβίωσαν οι οργανισμοί που κατάφεραν να αναπτύξουν μεθόδους ελέγχου της βλάβης που τους προκαλούσε η οξείδωση.

Σ’ αυτό ακριβώς το πλαίσιο, σύμφωνα με τους ερευνητές, προέκυψε ο ζωτικός ρόλος των υπεροξειρεδοξινών, που προσέφεραν εξελικτικό πλεονέκτημα σε όποιον οργανισμό ανέπτυσσε αντι-οξειδωτικό μηχανισμό.

Τα ένζυμα αυτά προστάτευαν τα αρχέγονα κύτταρα, καθώς αυξάνονταν περιοδικά, όταν την ημέρα η φωτοσύνθεση των βακτηρίων ενεργοποιούταν και παράλληλα αυξανόταν το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, το οποίο απορροφούσαν στη συνέχεια οι πρωτόγονοι μικροοργανισμοί.

Καθώς τα επίπεδα του οξυγόνου αυξομειώνονταν σε ημερήσια βάση, ανάλογα με την αυξομείωση της φωτοσύνθεσης από τα βακτήρια που εξαρτιόνταν από το φως του ήλιου (δεν υπάρχει φωτοσύνθεση στο σκοτάδι), τα συγκεκριμένα ένζυμα αποτέλεσαν σταδιακά ένα αρχέγονο μεταβολικό ρολόι. Αυτό, με τη σειρά του, οδήγησε σιγά-σιγά στην ανάπτυξη των πιο εξελιγμένων κιρκαδικών βιοχημικών ρολογιών, που έχουν πια οι διάφοροι οργανισμοί.

Όμως αυτή η θεωρία μένει να αποδειχτεί. Άλλοι επιστήμονες, για παράδειγμα, αντιτείνουν ότι το αρχέγονο βιολογικό ρολόι αναπτύχθηκε όχι ως αντίδραση στο οξυγόνο, αλλά στην αυξομειούμενη υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία.