Biologit kamppailevat edelleen maapallon elämän alkuperän mysteerin kanssa. On välttämätöntä ymmärtää, kuinka primitiiviset bakteerit ja muut elämänmuodot ovat syntyneet. Progenitoriorganismista tiedetään vähän, mutta genomin avulla voimme löytää jotain muinaisimmista olennoista, jotka asuttivat maailmaa olemassaolonsa kynnyksellä. "Lenta.ru" kertoo Nature-lehdessä julkaistusta artikkelista, jossa kirjoittajat yrittävät vastata kysymykseen kuka LUCA (viimeinen yleinen yhteinen esi-isä) oli, Luca on kaikkien nykyaikaisten organismien yleinen yhteinen esi-isä.
Elämässä ei ollut vielä kolme verkkotunnusta (supervaltakuntaa) - bakteerit, archaea ja eukaryootit, mutta hän oli jo olemassa. Tämä organismi on välilinkki varhaisen maan elottoman ympäristön ja ensimmäisten kivien välillä, jotka elivät kallioissa 3,8-3,5 miljardia vuotta sitten. Ei ole tiedossa miltä Luke näytti ja missä olosuhteissa hän asui. Tutkijat, kuten etsivät, ovat rekonstruoineet sen perusominaisuudet pala palalta. Etenimme seuraavasta periaatteesta: Koska Luke on kaikkien elävien organismien esi-isä, se tarkoittaa, että he perivät häneltä joitain piirteitä. Jokaiselle elävälle olennolle ominaisten biologisten ominaisuuksien perusteella biologit ovat luoneet muotokuvan Luusta: yksisoluisesta organismista, joka muistuttaa bakteeria.
Saksalaisten tutkijoiden uusi tutkimus antoi mahdolliseksi selventää universaalisen esi-isän sisäistä organisaatiota. Tutkijat ovat määritelleet, mitkä geenit voisivat sisältää Luken DNA: n. Tätä varten he käyttivät fylogeneettistä lähestymistapaa, toisin sanoen analysoivat maan erilaisten elämätyyppien evoluutiosuhteita. Tämä tehtiin seuraavalla tavalla. Saatuaan selville, mitkä proteiinit koodaavat prokaryoottista genomia, biologit valitsivat ne, jotka täyttivät useita kriteerejä. Ensinnäkin, proteiinin on oltava läsnä sekä bakteerien että arhaea korkeissa takseissa. Toiseksi, jos rakennamme fylogeneettisen puun - kaavion, joka heijastaa evoluutiosuhteita -, tämän proteiinin omaavien bakteerien ja archaea pitäisi muodostaa monofiittinen ryhmä, ts. Niillä on oltava yhteinen esi-isä. Jälkimmäinen tila lisää todennäköisyyttä, että nämä samat proteiinit olivat läsnä Lukessa,ja hänestä siirrettiin jälkeläisille.
Kaikkiaan yli kuusi miljoonaa proteiineja koodaavaa geeniä analysoitiin ja niitä esiintyi 1847 bakteeri- ja 134 arkealigenomissa. Tutkijoista muodostui kokonaismäärästä 286 514 ryhmää (klusteria), joista vain noin 11 tuhat sisälsi bakteeri- ja arkealiproteiineja. Kun fylogeneettisiä puita rakennettiin ja proteiiniryhmiä testattiin noudattamaan monofiilistä periaatetta, jäljellä oli vain 335 klusteria, jotka täyttivät alkuperäiset ehdot. Biologien mukaan kaikki lopullisen näytteen proteiinit olivat läsnä LUCA-genomissa. On huomattava, että nämä kriteerit eivät sulje pois mahdollisuutta horisontaaliseen geeninsiirtoon. Siten proteiini, joka ilmestyi ensimmäisinä varhaisissa bakteereissa, saattoi tulla Archeaan ja levitä kunkin domeenin edustajien keskuudessa, vaikka sitä ei koskaan ollut läsnä Luken kehossa.
Biologit olivat kiinnostuneita geeneistä, jotka muodostavat "tietoytimen" elävien organismien soluissa. Puhumme 19 proteiinista, jotka osallistuvat ribosomien synteesiin, sekä kahdeksasta entsyymistä, joilla on tärkeä rooli kuljetus-RNA: n muodostumisessa (ne liikuttavat aminohappoja proteiinimolekyylien rakennuspaikkoihin).
Mustat tupakoitsijat
Mainosvideo:
Kuva: NOAA / Wikipedia
Lukan rekonstruoitu genomi viittaa siihen, että se oli anaerobinen (sopeutunut hapottomaan ympäristöön) olento, joka sai elämälle välttämättömän energian kemosynteesin - mineraalien hapettavien kemiallisten reaktioiden - seurauksena. Ilmeisesti universaalinen esi-isä asui lähellä hydrotermisiä tuuletusaukkoja, kuten mustat tupakoitsijat. Tätä osoittaa gyraasien mahdollinen läsnäolo siinä - termofiilisille (termofiilisille) organismeille spesifiset entsyymit. Myös LUCA: ssa oli todennäköisesti entsyymejä, jotka mahdollistavat kemosynteesin, joissa hiilidioksidi on ainoa hiilen lähde. Yleensä tämä organismi voisi vastaanottaa energiaa kaasuista, kuten vedystä, hiilidioksidista ja typestä.
Jotkut entsyymit sisältävät rauta-rikki (FeS) -klustereita, jotka ovat ryhmä kofaktorimolekyylejä, jotka sitoutuvat spesifisesti proteiineihin ja määrittävät niiden katalyyttisen aktiivisuuden. Tämä osoittaa, että Luke asui raudanrikkaassa ympäristössä. Toinen ryhmä proteiineja, jotka osallistuvat sokeriaineenvaihduntaan, on tunnistettu: glykosylaasit ja hydrolaasit. Nämä nykyaikaisten solujen entsyymit ovat tärkeitä soluseinämän synteesille, mikä saattaa viitata primitiivisen soluseinän olemassaoloon LUCA: ssa.
Suuri prismainen kevät on tyypillinen arkeilainen elinympäristö
Kuva: Jim Urquhart / Reuters
Tutkijoiden havainnot vahvistavat useita tärkeitä opinnäytetöitä. FeS-klusterit, samoin kuin siirtymämetallit kofaktorien koostumuksessa, ovat muinaisen aineenvaihdunnan perintö. Ensimmäiset elävät organismit syntyivät hydrotermisissä tuuletusaukkoissa. Vesiympäristön ja kivisten kivien rajalla tapahtuvat kemialliset reaktiot loivat olosuhteet elämän syntymiselle. Ensimmäiset bakteerien ja arhaea edustajat olivat autotrofeja, jotka olivat riippuvaisia vedystä ja käyttivät hiilidioksidia terminaalinakseptorina energian aineenvaihdunnassa (eläimissä ja kasveissa hengitettynä oleva happi pelaa tätä roolia).
Rakennetut fylogeneettiset puut eivät antaneet mahdolliseksi eristää LUCA: lle ominaisia proteiineja, jotka osallistuivat proteiineja muodostavien aminohappojen ja DNA: ta ja RNA: ta muodostavien nukleosidien synteesiin. Siitä huolimatta universaali esi-isä olisi voinut muodostua komponenteista, jotka muodostuivat varhaiselle maapallolle ominaisten spontaanien kemiallisten prosessien seurauksena.
Mielenkiintoista on, että saksalaisten biologien tulokset ovat ristiriidassa ranskalaisten tutkijoiden vuonna 2008 julkaistujen havaintojen kanssa. He luonnehtivat sipulia organismeihin, jotka suosivat kohtuullisia lämpötiloja (alle 50 celsiusastetta). Uskottiin, että LUCA ei voinut olla termofiili johtuen siitä, että sen proteiinit eivät olleet kestäviä korkeille lämpötiloille. Samanaikaisesti bakteerien ja arkean esi-isät olisivat voineet elää hyvin kuumennetussa ympäristössä. Uusi työ ei kiinnitä huomiota entsyymien välitöntä stabiilisuuteen, vaan mihin ympäristöolosuhteisiin nämä proteiinit ovat ominaisia.
Alexander Enikeev