Projektbeschreibung
Ein physiologischer und chemischer Ansatz zur Suche nach den ersten Lebensformen auf der Erde
Der Ursprung des Lebens auf der Erde bleibt ein großes Rätsel. Leben ist eine chemische Reaktion. Wie, wo und woraus aber entstand die chemische Reaktion des Lebens? Wie verlief die ursprüngliche Diversifizierung des Stoffwechsels? Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt EcolMetabOrigin versucht, diese Fragen anhand der Stoffwechselchemie und wahrscheinlicher biochemischer Reaktionen zu beantworten. Die Projektpartner werden die Instrumente der vergleichenden Physiologie, der Thermodynamik sowie der vergleichenden Genomik in einer bahnbrechenden Untersuchung des Prozesses der frühen Stoffwechselentwicklung anwenden. Konkret wird EcolMetabOrigin die thermodynamischen Eigenschaften moderner Stoffwechselnetzwerke untersuchen, um Informationen über den geochemischen Ursprung des mikrobiellen Stoffwechsels und dessen evolutionäre Entwicklung bis hin zur Entstehung und Verbreitung von Häm und Cytochromen während der frühen mikrobiellen Diversifizierung zu erhalten.
Ziel
Life is a chemical reaction. Over 1000 individual reactions are driven in the direction of cell growth by the coupling of biosyntheses to environmentally available exergonic reactions that are harnessed by a handful of enzymes in energy metabolism. How, where, and from what the chemical reaction of life arose, and how the primordial diversification of metabolism proceeded are the topics of this proposal. Evidence for the process of metabolic origin and traces from the very early course of microbial evolution should be preserved in the chemical reactions of metabolism itself. This concept, traditionally germane to thoughts on biochemical evolution, is (almost) self evident: Enzymes do not perform feats of magic, they just accelerate reactions that tend to occur anyway. Biochemical reactions can therefore themselves harbor relics of, or be holdovers from, metabolic origin. Yet not all reactions are equally old, metabolism has evolved — but how? In this proposal, the tools of comparative physiology, thermodynamics, and comparative genomics, will be applied to investigate the process of early metabolic evolution. Three kinds of data stand central to the work: i) thermodynamic properties of reactions that comprise modern metabolic networks, ii) information contained in the ability of H2 in the presence of Ni3Fe and magnetite catalysts to substitute for ferredoxin and enzymes in biochemical reactions, and iii) information about the evolutionary origin and phylogenetic spread of heme and cytochromes as well as the ecophysiological context of cytochrome origin. The proposed work will deliver groundbreaking insights into the chemical environment at the site of biochemical origins, inform about the pre-enzymatic nature of catalysts and reductants at the origin of metabolism, and offer insights into the course of bioenergetic evolution before and after heme as well as the ancestral function of cytochromes in accessing extracellular electron acceptors.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
40225 Dusseldorf
Deutschland