Ein japanisches Forschungsteam hat bemerkenswerte Einblicke in die alten circadianen Uhren von Cyanobakterien gewonnen und enthüllt, wie sich diese Mikroorganismen an die sich entwickelnde Rotationsperiode der Erde angepasst haben. Die Studie wurde am 15. Mai 2025 in Nature Communications veröffentlicht und spult über drei Milliarden Jahre molekularer Evolution zurück.
Cyanobakterien, die für das Große Sauerstoffereignis entscheidend sind, besitzen Kai-Proteine, die rhythmische Zyklen antreiben. Forscher rekonstruierten Vorfahren-Kai-Proteine und entdeckten, dass frühe Formen schnellere Rhythmen aufwiesen, was mit Beweisen für kürzere Tage in der Erdvergangenheit übereinstimmt. Diese alten Uhren bewahren effektiv eine biologische Aufzeichnung der Rotationsentwicklung der Erde.
Um entscheidende globale Ereignisse herum entwickelten Kai-Proteine eine erhöhte Komplexität, wodurch die Präzision des Oszillators verbessert wurde, um der heutigen 24-Stunden-Rotation der Erde zu entsprechen. Diese Anpassung gewährleistete eine maximale photosynthetische Effizienz. Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf die synthetische Biologie und Astrobiologie und ermöglichen möglicherweise die Entwicklung von Cyanobakterien, die für die Energiegewinnung auf Planeten mit unterschiedlichen Rotationsperioden optimiert sind.
"Die miteinander verbundene Evolution der inneren Uhren des Lebens und der planetarischen Zyklen der Erde veranschaulicht die tiefe Verbindung zwischen Biologie und Geophysik", sagte Atsushi Mukaiyama, außerordentlicher Professor an der Präfekturuniversität Fukui. Dies könnte Strategien für das Bioengineering von Organismen revolutionieren, die an extraterrestrische Umgebungen angepasst sind, und eine entscheidende Rolle bei der zukünftigen Weltraumforschung spielen.
Die Forschung zeigt, wie inkrementelle molekulare Veränderungen es Organismen ermöglichten, sich an Umweltzyklen im planetarischen Maßstab anzupassen. Dies verbindet die mikroskopische Welt der Proteindynamik mit makroskopischen geophysikalischen Phänomenen. Die Studie inspiriert Biologen, Geowissenschaftler und Astrobiologen, die komplizierten Verbindungen zwischen Leben und Planet auf transformative Weise zu betrachten.