Kysymys "kuinka elämä tarkalleen alkoi?" on yksi modernin tieteen suurimmista mysteereistä. Vaikka useimmat tutkijat uskovat, että kaikki elämän muodot ovat kehittyneet yhteisestä primitiivisestä muinaisesta mikro-organismista, yksityiskohdat päättyvät siihen. Millaisia geenejä tällä elämänmuodolla oli ja missä se asui? Uusi Nature Microbiology -julkaisussa julkaistu tutkimus valaisee tämän muinaisen organismin alkuperää ja kehitystä.
Elämän alkuperästä kiinnostuneet kokeneet tutkijat käsittelevät tätä ongelmaa yleensä kahdella eri tavalla. Yksi niistä on alhaalta ylöspäin suuntautuva lähestymistapa, jossa he yrittävät kuvitella kuinka kauan sitten elämä alkoi, ja sitten luoda uudestaan alkuperän päävaiheet laboratoriossa. Vaihtoehtoinen ylhäältä alas suuntautuva lähestymistapa on nykyaikaisten solujen analysointi ja "pilkkominen" niiden yksinkertaistamiseksi ja päätelmien tekemiseksi solujen monimutkaisuuden evoluutiossa.
Tietoteknikot, jotka yrittävät ratkaista tämän asian, hyödyntävät valtavia määriä tietoja, jotka ovat syntyneet vallankumouksen seurauksena - DNA-sekvensointi. Se on tulvinut tutkijoille tietoa organismien genomista bakteereista ihmisiin. Ne saattavat piilottaa tietoa primitiivisten solujen - ensimmäisten planeetan solujen, jotka käyttävät nykyaikaista geneettistä koodia - DNA-sekvensseistä, jotka ovat kulkeneet miljardien sukupolvien läpi.
"Viimeinen yleinen yhteinen esi-isä" on hypoteettisesti yksi ensimmäisistä soluista, joista kaikki maapallon elämät ovat lähtöisin. Tämän esi-isän ja modernien organismien välinen suhde visualisoidaan usein evoluutiopuiksi, joista ensimmäiset tunnetut esimerkit juontavat juurensa Charles Darwiniin.
DNA-sekvensointi tarjoaa erinomaisen ja erittäin kvantitatiivisen mitan geneettisestä yhteydestä, joka läpäisee kaiken biologian. Lähes kaikki planeetan organismit käyttävät samaa koodia neljästä emäksestä A, C, G ja T. Siksi sitä voidaan periaatteessa käyttää kaiken elämän evoluutiopuiden rakentamiseen. Tiedämme, että tietyt geenit olivat olemassa solun elämän kynnyksellä ja että ne perivät kaikki seuraavat elämän muodot. Yli neljän miljardin vuoden aikana esimerkiksi yhden pienen 16S-rRNA-geenin kopiot ovat vähitellen muuttuneet satunnaisten mutaatioiden aikana yksittäisissä linjoissa, jotka ovat johtaneet eri elämämuotoihin. Tästä seuraa, että jokaisella heistä on ominainen sekvenssi, joka on samanlainen vastikään kehittyneissä organismeissa, mutta yhä enemmän sukutaulussa.joka ilmestyi aikaisemmin evoluutio-segmentissä.
Ensimmäiset näiden “yleisten” DNA-sekvenssien analyysit, jotka tehtiin noin 30 vuotta sitten, johtivat merkittäviin muutoksiin arvioinnissamme maan elämän monimuotoisuudesta ja etenkin yksisoluisten organismien monimuotoisuudesta, joissa ei ole ytimiä (prokaryootit). He erottivat myös täysin uuden prokaryoottisen elämän alueen, jota nykyään kutsutaan archaeaksi.
Mainosvideo:
Yrityksiä kehittää todella yleismaailmallisia puita, jotka määrittävät kaikkien nykyaikaisten solujen alkuperä niiden viimeisimmistä universaalisista esi-isistä, ovat rajoittaneet monet tekniset ongelmat. Yksi ongelma on suuri joukko ryhmiä, jotka ovat erottuneet toisistaan elämän alusta alkaen. Lisäksi bakteerit voivat myös vaihtaa geenejä keskenään, mikä vaikeuttaa niiden alkuperän määrittämistä.
Vety syöjät?
Uudessa tutkimuksessa tutkijat käyttivät älykästä ja huippuluokan menetelmää järjestäytyneiden prokaryoottisten geenien järjestämiseksi perheisiin. Sitten he etsivät yhtäläisyyksiä ja malleja kaikista bakteeriryhmistä ja löysivät pienen joukon geenejä, joita oli läsnä sekä arkeassa että bakteereissa. Tutkijat pystyivät osoittamaan, että nämä geenit perivät todennäköisimmin suoraan yhteisestä esi-isästä eikä niitä saatu vaihdon avulla.
Tämä tulos on merkittävä, koska se identifioi spesifiset bakteeriryhmät (klostridiat) ja archaea (metanogeenit), jotka kantavat näiden geenien varhaisia versioita, ja osoittaa, että ne ovat hyvin vanhoja ja voivat olla samanlaisia kuin ensimmäiset organismit, jotka tuottivat erilliset bakteerilinjat. ja archaea.
Vielä tärkeämpää on, että säilyneiden geenien luonne kertoo uskomattoman tarinan ympäristöstä, jossa heidän viimeinen esi-isänsä asui - myös siitä, kuinka hän sai energiaa. Tutkimukset osoittavat, että näiden organismien asuttama maailma neljä miljardia vuotta sitten oli hyvin erilainen kuin meidän. Siinä ei ollut saatavilla happea, mutta jos uskot geeneihin, yhteinen esi-isä sai energiaa vedystä, jota ilmeisesti tuotti maankuoren geokemiallinen aktiivisuus. "Inertit" kaasut, mukaan lukien hiilidioksidi ja typpi, tarjosivat perusrakenneosat kaikkien solurakenteiden tuottamiseksi. Rautaa oli saatavana runsaasti, ja hapen puute ei muuttanut sitä liukenemattomaksi ruosteeksi, joten entsyymit käyttivät tätä alkuainetta ensimmäisessä solussa. Useiden geenien uskotaan osallistuneen sopeutumiseen korkeisiin lämpötiloihin,mikä ehdottaa toisin: organismit kehittyivät hydrotermisessä ympäristössä - samanlainen kuin nykyaikaiset hydrotermiset tuuletusaukot tai kuumat lähteet, joissa bakteerit elävät edelleen nautinnolla.
Valitettavasti ilman aikakonetta emme voi suoraan tarkistaa näitä tuloksia. Mutta tällainen tieto on erittäin kiinnostavaa etenkin tutkijoille, jotka yrittävät luoda uudestaan primitiivisen elämän muodot. On pelottavaa ajatella, että ensimmäiset esi-isämme (ensimmäiset) tekivät ilman happea.
Ilja Khel