Thành viên:Cao Xuân Hiếu/Note: giả thuyết về bước chuyển oxi hóa toàn cầu

Bài từ Tủ sách Khoa học VLOS.

Sự ra đời của các dạng sống đa bào là một sự bước tiến hóa lớn trong quá trình tiến hóa của các cơ thể sinh vật phức tạp. Trong đó, sự biệt hóa và xoang hóa tế bào (cellular compartmentalization) là một hệ quả tự nhiên của con đường tiến hóa này, và nó đã góp phần phát sinh hàng loạt các domain protein với chức năng tăng cường giao tiếp giữa các tế bào. Tuy nhiên, các sự kiện dẫn đến bước chuyển tiến hóa này chưa được làm sáng tỏ.

Lúc đầu, phân tử O2 chỉ là các sản phẩm thải từ quá trình trao đổi chất của sinh vật, lần đầu được sản sinh vào khí quyển là khoảng 3 tỷ năm trước. Điều này đã dẫn đến một thời điểm bùng nổ oxi phân tử lần đầu vào 2,2 tỷ năm trước và lần 2 vào 1 tỷ năm trước. Người ta cho rằng chính sự kiện bùng nổ oxy lần 2 là động lực cho sự xuất hiện các dạng sống phức tạp hình thành ở kỷ Cambrian vào khoảng 543 triệu năm trước. Sau đó, vào khoảng 425 triệu năm trước đây, lượng O2 là nhân tốt chính trong quá trình thích nghi của động vật có xương và côn trùng dưới nước đối với cuộc sống trên cạn. Theo đó, các phân tích tiến hóa chỉ ra rằng vào khoảng 2,3 tỷ năm trước một mối liên hệ tương quan giữa việc phức tạp hóa cơ thể và việc tăng cường quá trình trao đổi chất hiếu khí (Nature 2007).

Người ta đưa ra 2 giả thuyết về mối liên hệ tương quan này, và cả 2 đều liên quan đến hiệu năng trao đổi chất. Thứ 1, so với các dạng sống yếm khí tổ tiên, những tế bào hô hấp bằng oxy là những cỗ máy chuyển hóa năng lượng có hiệu quả cao hơn. Bởi vì các tế bào có thể sử dụng O2 là chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp và bởi vì oxy có thế năng khử cao nên năng lượng sản sinh từ việc tiêu dùng các nguồn dinh dưỡng cao hơn. Giả thuyết thứ 2 liên quan đến sự quát sát cho rằng O2 phân tử cho phép các phản ứng trao đổi chất diễn ra nhanh hơn gấp ngàn lần so với ở các điều kiện yếm khí.

Và nay, Acquisti et al. đưa ra giả thuyết thứ 3 liên quan đến sự kiềm chế về mắt chức năng. Acquisti et al. 2007 đã phát hiện mối tương quan giữa thời điểm xuất hiện xoang hóa nội bào và nồng độ oxy trong khí quyển. Các tác giả giả định rằng lượng oxy khí quyển đã ảnh hưởng đến thành phần của các protein xuyên màng, và rằng những nhóm phân loại cổ xưa (vi khuẩn và archaea) đã phải bỏ bớt nguyên tố oxy từ các protein xuyên màng với lượng oxy thấp khi so sánh với các nhóm phân loại tiến hóa hơn (eukaryote). Họ cho rằng sự kiềm chế này đã được giải phóng dần dần khi nồng độ oxy trong khí quyển tăng lên và dẫn tới sự tăng số lượng và kích thước các receptors. Họ cũng đề xuất rằng nồng độ oxy khí quyển quyết định đến thời điểm xoang hóa nội bào trong lịch sử tiến hóa bằng cách kiểm soát kích thước của các domain cần thiết cho giao tiếp tế bào.