Späte Übernahme des rTCA-Kohlenstofffixierungswegs durch Chlorobi
Nature Ecology & Evolution (2023)Diesen Artikel zitieren
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Der umgekehrte Tricarbonsäurezyklus (rTCA) wird aufgrund seiner autokatalytischen Neigung und Sauerstoffunverträglichkeit als ursprünglicher Modus der Kohlenstofffixierung angepriesen. Trotz dieser vermuteten Antike bieten die frühesten Gesteinsaufzeichnungen jedoch nur wenige unterstützende Beweise. Aufgrund der chimären Vererbung der rTCA-Zyklusschritte innerhalb der Chlorobiaceae ist sogar die Verwendung des chemischen Fossilienbestands dieser Gruppe nun fraglich. Während die 1,64 Milliarden Jahre alte Barney-Creek-Formation chemische Fossilien der frühesten bekannten vermutlich aus Chlorobiaceae stammenden Carotinoide enthält, haben Störungen durch die begleitende Kohlenwasserstoffmatrix bisher die Kohlenstoffisotopenmessungen verhindert, die zur Feststellung der Physiologie der Organismen, die sie produzierten, erforderlich waren. Um dieses Hindernis zu überwinden, berichten wir hier über eine Reihe verbindungsspezifischer Kohlenstoffisotopenmessungen, die ein von Cyanobakterien dominiertes Ökosystem mit heterotrophen Bakterien identifizieren. Wir zeigen, dass Chlorbactan im Vergleich zu modernen Äquivalenten an 13C abgereichert ist und gegenüber gleichzeitig vorhandenen cyanobakteriellen Carotinoiden nur eine geringe 13C-Anreicherung aufweist. Das Fehlen dieses diagnostischen Isotopen-Fingerabdrucks bestätigt wiederum phylogenomische Hypothesen, die einen späten Aufbau des rTCA-Zyklus und damit den verzögerten Erwerb der Autotrophie innerhalb der Chlorobiaceae fordern. Wir vermuten, dass die fortschreitende Sauerstoffanreicherung des Erdsystems zu einem Anstieg des marinen Sulfatbestands führte und dadurch den selektiven Druck ausübte, der die Verschiebung des Neoproterozoikums hin zu energieeffizienter Photoautotrophie innerhalb der Chlorobiaceae vorantreibt.
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Finanzielle Unterstützung erfolgte über die Simons Foundation unter der Schirmherrschaft von Simons Collaboration on the Origin of Life (Fördernummer 290361FY18 an RES). GPF und MMP wurden durch den National Science Foundation Integrated Earth Systems Award EAR (Fördernummer 1615426 für GPF) unterstützt. XZ wurde vom Shanghai Pujiang Programm gesponsert. GI bestätigt den Erhalt eines MISTI Global Seed Award. Wir bedanken uns für prägende Diskussionen mit verschiedenen Mitgliedern des Summons Laboratory, insbesondere mit Benjamin Uveges, der bei der Bereitstellung der Grafiken geholfen hat. RES dankt dem Hanse-Wissenschaftskolleg für die Unterstützung bei der Fertigstellung dieses Berichts.
Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA
Xiaowen Zhang, Madeline M. Paoletti, Gareth Izon, Gregory P. Fournier und Roger E. Summons
Schule für Ozeanographie, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
Xiaowen Zhang
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RES konzipierte die Studie und sicherte sich die Finanzierung zur Unterstützung der Forschung. GPF und MMP führten die phylogenomische Analyse unabhängig voneinander durch. XZ entwickelte und verifizierte das Analyseverfahren und eliminierte die UCM, die eine Isotopenanalyse der BCF-Carotinoide ermöglichte. XZ sammelte die Isotopendaten mit Laborunterstützung von GIXZ und verfasste den ersten Entwurf des Papiers, zu dem dann alle Autoren beitrugen.
Korrespondenz mit Xiaowen Zhang oder Roger E. Summons.
Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.
Nature Ecology & Evolution dankt Alexis Gilbert, Kliti Grice und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Reviewer-Berichte sind verfügbar.
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Zhang, X., Paoletti, MM, Izon, G. et al. Späte Übernahme des rTCA-Kohlenstofffixierungswegs durch Chlorobi. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02147-0
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Eingegangen: 10. Februar 2023
Angenommen: 30. Juni 2023
Veröffentlicht: 03. August 2023
DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-023-02147-0
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