Фикобилины

<

Один из основных этапов развития жизни на Земле — появление зеленых растений. Только они используют процесс фотосинтеза, чтобы строить свой организм из углекислого газа и воды, и выделяют в атмосферу кислород, необходимый всему живому на Земле.

Все известные сегодня фотосинтезирующие организмы (их еще называют фотосинтетиками) осуществляют превращение солнечной энергии с помощью молекул класса порфиринов. Зеленый пигмент — хлорофилл,- пожалуй, самый распространенный из порфиринов. К порфиринам относятся также пигменты крови и мышц — гемоглобин и миоглобин, некоторые ферменты, витамин В₁₂.

Все порфирины построены по одному принципу: молекула представляет собой «большое» кольцо, которое образовано четырьмя «малыми» колечками — молекулами пиррола. В центре тетрапиррольного «большого» кольца находится атом металла. В гемоглобине — это железо, в витамине В₁₂ — кобальт, хлорофиллы образуют комплекс с магнием.

Простейшие и самые древние из известных организмов, способных к фотосинтезу, это сине-зеленые водоросли. Палеоботаники утверждают, что в древних отложениях докембрийского периода, которым около трех миллиардов лет, присутствуют окаменелости, похожие по своему строению на современные сине-зеленые водоросли.

С другой стороны, известно, что сине-зеленые водоросли занимают особое место среди фотосинтетиков: их пигментная система, кроме хлорофилла, содержит еще фикобилин.

Фикобилины отличаются от хлорофиллов своим строением: здесь четыре «малых» пиррольных колечка не замкнуты в «большое» кольцо, а остаются разомкнутыми, образуя открытую, линейную цепочку. Фикобилины в сине-зеленых водорослях выполняют роль «приемного пункта», они как бы встречают фотон света и способствуют передаче энергии возбуждения дальше, молекуле хлорофилла.

Но фикобилины, образуя комплексы с белками, способны проявлять и самостоятельную фотохимическую активность. Сопоставив все известные факты, ученые предположили, что на раннем этапе эволюции жизни на Земле, в первоначальных примитивных биологических объектах фотосинтез шел с участием именно фикобилинов, а хлорофилл, возможно, появился на более высоких стадиях развития.

Поиски молекул фикобилинов

Однако палеобиохимики до сих пор не находили в древних породах фикобилинов, хотя и находили молекулы порфиринов.

Поисками этих молекул и занялись ученые Института биохимии имени Баха. Были исследованы такие породы: графитовый гнейс (возраст 1,8 — 2,2 миллиарда лет), образец доломита (1,7 миллиарда лет) и кианитовый сланец (2,6 миллиарда лет).

Поиски увенчались успехом: в исследованных образцах было найдено вещество с характерным спектром фосфоресценции, напоминающим спектр фикобилинов. Но чтобы окончательно убедиться в этом, был поставлен «встречный» эксперимент.

Из сине-зеленых водорослей выделили и исследовали фикобилины: оказалось, что по свойствам их можно разделить на пять различных форм, которые близки друг другу по химическому строению, но различаются по спектральным характеристикам.

И только одна из полученных форм («фикобилин 655») обладает спектром фосфоресценции, аналогичным спектру вещества, извлеченного из древних пород. Чтобы выяснить, как поведут себя живые (нативные) фикобилины в различных геологических процессах, связанных с окаменением, материал сине-зеленой водоросли смешали с размельченной породой и нагревали до 80° С по 8 часов в сутки в течение двух месяцев.

Оказалось, что если в нативном фикобилине присутствуют все пять форм, то после такого искусственного спекания почти все молекулы переходят в форму «фикобилин 655». Это объясняет, почему в древних породах была найдена лишь эта форма фикобилина.