Kobber avslører sin rolle i eksploderende planter - og i menneskets mirakel
David Coppedge; 30. juni 2022. Oversatt herfra
Planter og dyr har smarte måter å få ting gjort på. å studere dem gir forskerne en uendelig skattejakt.

Bilde 1. Plante Cardamine hirsuta

Kobberfyrverkeri
De eksploderende belgene til den springende karsen sender plantens frø til å fly i alle retninger, så langt som en meter fra forelde-planten. Cardamine hirsuta, også kalt hårete bitterkarse, er en liten urt med spiselige blader som vokser i en basal rosett. Den ser ellers umerkelig ut med sine bittesmå 2-mm-blomster på korte stilker - det vil si helt til man går gjennom en flekk av modne blomster og hører lyden av dusinvis av frøkapsler og kjenner dem treffe bena.

Video: Planteportrett -lenke

Forskere som undersøker de eksploderende frøbelgene til C. hirsuta har funnet ut at grunnstoffet kobber er involvert. Nyhetene fra Max Planck Institute, "Kobber får frøbelger til å eksplodere," forteller hvordan tre distinkte gener kreves for å legge ned lignin i et polar arrangement inne i de slanke frøbelgene. Podene har en "unik mekanisk design" som består av tre stive staver av lignin forbundet med hengsler. Lignin er hovedingrediensen i lignocellulose som gjør stengler og tre stive. Når belgene tørker ut, skapes spenninger på grunn av asymmetrien. Den minste berøring eller bris er nok til å trekke avtrekkeren på disse "ekstraordinære eksploderende strukturene." I løpet av tre millisekunder krøller stengene raskt og slenger frøene utover. Primæretterforsker Angela Hay forklarer:

Bilde 2. Ulike-frøspredings-alternativ

"Den mekaniske utformingen som gjør at disse belgene kan eksplodere avhenger av at lignin legges ned i et presist mønster i dette enkeltlaget med celler. Vi vet lite om hva som styrer dette mønsteret av ligninavsetning, og derfor satte vi ut for å identifisere genene som styrer denne prosessen. Vi fant tre gener som kreves for å lignifisere celleveggen i eksploderende frøbelger. Disse genene koder for enzymer, kalt laccaser, som polymeriserer lignin. Når C. hirsuta-planter mangler alle tre laccase-genene, mangler de også lignin i denne spesifikke celletypen."
SPL7-genet koder for et protein som regulerer kobbernivået i planter. Forskerne fant ut at jord med kobbermangel produserte frøkapsler som ikke kunne spre frø på langt nær like langt.

-Interessant nok er laccaser kobberbindende proteiner som er avhengige av kobber for sin funksjon. "Koblingen mellom disse to funnene er kobber", sier Hay. "Planter trenger SPL7 for å klare seg, når det er for lite kobber i jorda, og laccaser trenger å binde kobber for sin enzymatiske aktivitet. Siden lignin er kritisk for mekanikken til eksploderende frøkapsler, og kobberkrevende laccaser regulerer denne lignifiseringen, gjør dette frøspredningen avhengig av kontroll av kobbernivåene med SPL7.
Detaljene er publisert av Hay og kolleger i PNAS, "Eksplosiv frøspredning avhenger av SPL7 for å sikre tilstrekkelig kobber for lokalisert ligninavsetning via laccaser." -lenke.

Biologisk kobber
I likhet med sink er kobber "et essensielt metall i biologien" som må være tilgjengelig for planter og dyr på jordens overflate. Hos mennesker utfører kobber (element 29), selv om det bare utgjør 50 til 120 milligram i kroppen, en rekke kritiske funksjoner. Det er funnet å virke i våre organer og metabolske prosesser, inkludert hjernen, hjertet, leveren, lipidmembranene, immunsystemet, melanin i huden, kryssbinding av kollagen og mye mer. På grunn av redokspotensialet virker kobber sammen med jern i cytokrom C-oksidase, som sitter rett ved nøkkeltrinnet i elektrontransportkjeden som den endelige elektronakseptoren fra oksygen, og bidrar til protonmotorkraften som driver ATP-syntase. (Se Michael Denton, The Miracle of the Cell, kapittel 6, "Ingen biologi uten metaller"). Som med sink, har kroppen homeostatiske mekanismer for også å sikre riktige nivåer av kobber, siden både mangel og overskudd kan forårsake problemer. PNAS-avisen sier,
-Syklusen av Cu mellom en oksidert (Cu2+) og en redusert tilstand (Cu1+) brukes i mange forskjellige redoksreaksjoner og elektrontransport. Dermed er Cu et essensielt mikronæringsstoff i nesten alle eukaryote organismer. Men når Cu-ioner er tilstede i overkant, kan redokssykling katalysere produksjonen av svært giftig ROS og forårsake cellulær skade. Derfor er Cu homeostase nøye kontrollert i planter
Som med andre metaller i kroppen, må kobber transporteres med forsiktighet. Spesialiserte transportører bringer det over membranen der chaperoner dirigerer det til steder med kobberkrevende enzymer.
Kostholdskilder til kobber inkluderer bifflever og skalldyr, frø og nøtter, hvetekli-korn, fullkornsprodukter og sjokolade, noe som igjen viser at planter er de dominerende importørene av kobber fra jorda.

Bilde 3. Modell av kobber-atom

Darwin eller design?
Til tross for referansen til "mekanisk design" ovenfor, darwiniserer pressemeldingen og avisen prosessen, og sier: "Planter har utviklet en rekke strategier for å spre frøene sine bredt .... noen få sjeldne planter - for eksempel karse Cardamine hirsuta - har utviklet eksploderende frøkapsler som driver frøene deres i alle retninger." De kunne bare ha sagt "planter viser" disse fenomenene og utelatt den magiske tenkningen. Tross alt innrømmer de at "store familier av gener er involvert i ligninpolymerisering i plantecellevegger," og "prosessen med lignifisering i seg selv ... er fortsatt lite forstått."

Bilde 4. Lignin i cellulose

Ut med et smell
Det er en annen art av små urteaktige planter som lanserer frøene sine med eksplosiv kraft: storkenebb eller filaree (Ergonium cicutarium). Selv om den er klassifisert i en annen rekkefølge og familie, bygger denne lille planten også slanke belger der spenningen bygger seg opp. Når de er klare til å lanseres, deler sidene av belgene fra hverandre eksplosivt, og sender frøene utover bort fra forelderen. Festet til hvert frø er et slankt filament, kalt en markise, som er designet for å reagere på endringer i fuktighet. Etter oppskytingen kveiler markisen seg raskt sammen til en spiralform som ruller langs bakken når fuktigheten endres mellom dag og natt. I tids-forsinkelses-videoer ser det ut til at frøet leter etter hull i jorden. Når den finner en, borer den seg faktisk ned i bakken! Illustra Media laget en kort video om dette fenomenet. Jeg tjente det prosjektet som en prøvejeger, og samlet noen av frøene som ble filmet for produksjonen.
Video: Absolutely Awnsome -lenke.

Vitenskapelige artikler om storkenebb sier ikke om kobberlakkaser er aktive i konstruksjonen av frøbelgene, eller om ligninmolekyler er avsatt i et polar arrangement. En artikkel nevner at storkenebb vanligvis finnes i jord med mye kobber og sink, så det er sannsynlig at lignende prosesser er involvert på et biokjemisk nivå. En bioteknologisk artikkel sier at laccaser, som er kobberoksidaser, er involvert i ligninbiosyntesen. Det virker trygt å anta at disse naturlige fjærbelastede rakettene og borene aldri ville kunne fascinere oss med mindre et skinnende metall, kobber, tok seg fra geologi til biologi.

Bilde 5. Kobber i naturen

Kobber tilgjengelighet
Som Michael Denton nevner i The Miracle of Man, ville de biologisk essensielle metallene som kobber, sink og jern ikke ha vært tilgjengelig for livet uten platetektonikk, erosjon av bergarter ved elver og isbreer, og levering av metallholdige mineraler til jordsmonn. Selv å bo på planeten i riktig størrelse er et krav. Denton snakker om miljøets "forutgående egnethet" for komplekst liv, som involverer atmosfæren, skorpen, stjernen vi går i bane, størrelsen og formen på menneskekroppen som tillater brannskaping og metallurgi, egenskapene til atomer, unike egenskaper ved vann, og mer. Ethvert av disse kravene, hvis det ikke er oppfylt, vil gi en verden som er steril eller i det minste blottet for komplekse vesener som er i stand til å bruke teknologi.
Nå har vi også sett at enzymer som vet hvordan de skal håndtere kobber, som laccaser og cytokrom c-oksidase, transporterer metallet forsiktig til steder der det trengs, til rett tid og i riktige mengder - noen ganger med eksplosive resultater. Disse enzymene ville aldri blitt konstruert uten den informasjonsrike genetiske koden, og molekylære maskiner som er i stand til å transkribere koden, oversette transkripsjonene og lede de resulterende polypeptidene til å brette seg til riktig form. Disse forhåndsdesignede formene er i stand til å akseptere og forsiktig kjærtegne metallionene som er lagret og levert av andre molekylære maskiner.
Dette "fjellet av vitenskapelige bevis," skriver Denton, har kommet sammen i vår tid for å gi "overbevisende bevis på at vi tross alt faktisk inntar en sentral plass i det store kosmiske dramaet om å være til."

Om forfatteren: DAVID COPPEDGE -kredit til David Coppedge (Bilde 6)

David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å dele materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte ham mot ham, uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.