Pytanie „jak dokładnie zaczęło się życie?” jest jedną z największych tajemnic współczesnej nauki. Chociaż większość naukowców uważa, że wszystkie formy życia wyewoluowały ze wspólnego prymitywnego starożytnego mikroorganizmu, na tym kończą się szczegóły. Jakie geny posiadała ta forma życia i gdzie żyła? Nowe badanie opublikowane w Nature Microbiology rzuca światło na pochodzenie i rozwój tego starożytnego organizmu.
Doświadczeni naukowcy zainteresowani pochodzeniem życia zazwyczaj podchodzą do tego problemu na dwa różne sposoby. Jednym z nich jest podejście oddolne, w którym próbują wyobrazić sobie, jak dawno temu zaczęło się życie, a następnie odtworzyć w laboratorium główne etapy jego powstania. Alternatywnym podejściem odgórnym jest analiza i „odcięcie” nowoczesnych komórek, aby je uprościć i wydedukować kluczowe kroki w ewolucji złożoności komórek.
Informatycy, którzy próbują rozwiązać ten problem, wykorzystują ogromne ilości danych, które pojawiły się w wyniku rewolucji - sekwencjonowania DNA. Zalała naukowców informacjami na temat genomów organizmów, od bakterii po ludzi. Mogą ukrywać informacje o sekwencjach DNA prymitywnych komórek - pierwszych komórek na naszej planecie, które wykorzystały nowoczesny kod genetyczny - które były przekazywane przez miliardy pokoleń.
„Ostatni powszechny wspólny przodek” jest hipotetycznie jedną z pierwszych komórek, z których powstało całe życie na Ziemi. Związek między tym przodkiem a współczesnymi organizmami jest często wizualizowany jako drzewa ewolucyjne, których pierwsze znane przykłady sięgają Karola Darwina.
Sekwencjonowanie DNA zapewnia doskonałą i wysoce ilościową miarę łączności genetycznej, która przenika całą biologię. Prawie wszystkie organizmy na naszej planecie używają tego samego kodu czterech zasad A, C, G i T. Dlatego w zasadzie mógłby być użyty do budowy ewolucyjnych drzew wszelkiego życia. Wiemy, że pewne geny istniały u zarania życia komórkowego i zostały odziedziczone przez wszystkie kolejne formy życia. W ciągu czterech miliardów lat kopie, na przykład, jednego małego genu 16S rRNA ulegały stopniowej zmianie w wyniku losowych mutacji w poszczególnych liniach, które doprowadziły do powstania różnych form życia. Wynika z tego, że każdy z nich ma charakterystyczną sekwencję, która będzie podobna w nowo powstałych organizmach, ale coraz bardziej różna w rodowodach.które pojawiły się wcześniej w segmencie ewolucyjnym.
Pierwsze analizy tych „uniwersalnych” sekwencji DNA, przeprowadzone około 30 lat temu, doprowadziły do znaczących zmian w naszej ocenie różnorodności życia na Ziemi, a zwłaszcza różnorodności organizmów jednokomórkowych bez jąder (prokariota). Zidentyfikowali także zupełnie nową domenę życia prokariotycznego, która obecnie nazywa się archeonami.
Film promocyjny:
Próby stworzenia prawdziwie uniwersalnych drzew, które będą określać pochodzenie wszystkich współczesnych komórek od ich ostatnich uniwersalnych przodków, były ograniczone szeregiem problemów technicznych. Jednym z problemów jest duża liczba grup, które oddzieliły się od siebie od samego początku życia. Co więcej, bakterie mogą również wymieniać między sobą geny, co utrudnia określenie ich pochodzenia.
Zjadacze wodoru?
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali sprytną, nowatorską metodę organizowania sekwencjonowanych genów prokariotycznych w rodziny. Następnie poszukiwali podobieństw i wzorów we wszystkich grupach bakterii i znaleźli niewielki zestaw genów, które były obecne zarówno w archeonach, jak i bakteriach. Naukowcom udało się wykazać, że geny te zostały najprawdopodobniej odziedziczone bezpośrednio od wspólnego przodka i nie zostały uzyskane w drodze wymiany.
Wynik ten jest znaczący, ponieważ identyfikuje określone grupy bakterii (clostridia) i archeony (metanogeny), które są nosicielami wczesnych wersji tych genów i wskazuje, że są one bardzo stare i mogą być podobne do pierwszych organizmów, które dały początek odrębnym rodowodom bakterii. i archeony.
Co ważniejsze, natura genów, które przetrwały, opowiada niesamowitą historię o środowisku, w którym żył ich ostatni przodek - w tym o tym, jak otrzymywał energię. Badania pokazują, że świat zamieszkiwany przez te organizmy cztery miliardy lat temu bardzo różnił się od naszego. Nie było w nim dostępnego tlenu, ale jeśli wierzyć genom, wspólny przodek otrzymywał energię z wodoru, najwyraźniej wytwarzanego przez geochemiczną aktywność skorupy ziemskiej. Gazy obojętne, w tym dwutlenek węgla i azot, stanowiły podstawowe elementy budulcowe do produkcji wszystkich struktur komórkowych. Żelazo było dostępne w dużych ilościach, a brak tlenu nie zamienił go w nierozpuszczalną rdzę, więc ten pierwiastek został wykorzystany przez enzymy w pierwszej komórce. Uważa się, że kilka genów bierze udział w adaptacji do wysokich temperatur,co sugeruje inaczej: organizmy wyewoluowały w środowisku hydrotermalnym - podobnym do współczesnych kominów hydrotermalnych lub gorących źródeł, w których bakterie nadal z przyjemnością żyją.
Niestety bez wehikułu czasu nie możemy bezpośrednio zweryfikować tych wyników. Ale takie informacje są bardzo interesujące, szczególnie dla naukowców, którzy próbują odtworzyć formy prymitywnego życia. Przerażające jest myślenie, że nasi pierwsi przodkowie (pierwsi) żyli bez tlenu.
Ilya Khel
