A kérdés: "hogyan kezdődött pontosan az élet?" a modern tudomány egyik legnagyobb rejtélye. Míg a legtöbb tudós úgy gondolja, hogy az összes életforma egy közös primitív ősi mikroorganizmusból fejlődött ki, addig a részletek ezzel véget érnek. Milyen gének rendelkeztek ezzel az életformával és hol éltek? A Nature Microbiology közzétett új tanulmány rávilágít ezen ősi organizmus eredetére és fejlődésére.
Az élet eredete iránt érdeklődő tapasztalt tudósok ezt a problémát általában kétféleképpen kezelik. Az egyik egy alulról felfelé építkező megközelítés, ahol megpróbálják elképzelni, hogy milyen régen kezdődött az élet, majd a laboratóriumban újra létrehozják eredete fő fázisát. Alternatív felülről lefelé irányuló megközelítés a modern sejtek elemzése és „aprítása” azok egyszerűsítése és a sejtek komplexitásának fejlődésének kulcsfontosságú lépéseinek levezetése érdekében.
A számítógépes tudósok, akik megpróbálják ezt a kérdést megoldani, a forradalom eredményeként keletkezett óriási mennyiségű adatot hasznosítják - a DNS-szekvenálás. Elárasztotta a tudósokat az organizmusok genomjairól, a baktériumoktól az emberekig. Információkat tartalmazhatnak a primitív sejtek - az első olyan sejtek a bolygón, amelyek a modern genetikai kódot használják - DNS-szekvenciáiról, amelyeket nemzedékek milliárdjai átadtak.
Az "utolsó univerzális közös ős" hipotetikusan az egyik első sejt, amelyből a Föld minden élete származott. Az ős és a modern organizmusok kapcsolatát gyakran evolúciós fákként ábrázolják, amelyek első ismert példái Charles Darwin-ból származnak.
A DNS-szekvenálás kiváló és rendkívül kvantitatív mérést biztosít a genetikai összeköttetés számára, amely áthatolja az egész biológiát. A bolygó szinte minden organizmusa ugyanazt a négy, A, C, G és T bázis kódját használja. Ezért elvileg felhasználható az egész élet evolúciós fáinak felépítésére. Tudjuk, hogy bizonyos gének léteztek a sejtek életének hajnalán, és az összes későbbi életforma öröklődött. Négy milliárd év alatt például egy kis 16S rRNS gén másolatai fokozatosan megváltoztak az egyedi vonalok véletlenszerű mutációi során, amelyek különböző életformákhoz vezettek. Ebből következik, hogy mindegyiknek van egy jellegzetes szekvenciája, amely hasonló lesz az újonnan kifejlett szervezetekben, de egyre inkább különbözik a származásokban.amely korábban megjelent az evolúciós szegmensben.
Ezen „univerzális” DNS-szekvenciák első, körülbelül 30 évvel ezelőtti elemzése jelentős változásokhoz vezetett a Földön zajló élet sokféleségének, és különösen az egysejtű organizmusok sokféleség nélküli (prokarióták) sokféleségének értékelésében. A prokarióta élet egy teljesen új területét is azonosították, amelyet ma archaea néven hívnak.
Promóciós videó:
Számos technikai probléma korlátozta az igazán univerzális fák kifejlesztésének kísérleteit, amelyek meghatározzák az összes modern sejt eredetét utolsó egyetemes őseikből. Az egyik probléma a nagyszámú csoport, amelyek az élet kezdetétől elválasztottak egymástól. Sőt, a baktériumok cserélhetnek géneket is egymással, megnehezítve eredetük meghatározását.
Hidrogén evők?
Az új tanulmányban a kutatók okos, élvonalbeli módszert alkalmaztak a szekvenált prokarióta gének családokba szervezésére. Ezután hasonlóságokat és mintákat kerestek az összes baktériumcsoportban, és találtak egy kis génkészletet, amelyek jelen voltak mind az archaában, mind a baktériumokban. A tudósok meg tudták mutatni, hogy ezeket a géneket valószínűleg közvetlenül egy közös őstől örökölték, és nem csere útján nyerték őket.
Ez az eredmény jelentős, mivel azonosítja a baktériumok (klostridia) és az archaea (metanogének) specifikus csoportjait, amelyek ezen gének korai változatát hordozzák, és azt jelzi, hogy nagyon ősek és hasonlóak lehetnek a legelső organizmusokhoz, amelyek a baktériumok különálló vonalát okozták. és archaea.
Ennél is fontosabb, hogy a túlélő gének jellege elképesztő történetet mesél el arról a környezetről, amelyben utolsó őseik éltek - beleértve azt is, hogy hogyan vett energiát. A kutatások azt mutatják, hogy a négy milliárd évvel ezelőtt ezen organizmusok által lakott világ nagyon különbözött a miénktől. Nem volt benne elérhető oxigén, de ha úgy gondolja, hogy a gének, a közös ősök energiát kaptak hidrogénből, amely nyilvánvalóan a földkéreg geokémiai aktivitása által termelt. "Inert" gázok, beleértve a szén-dioxidot és a nitrogént, biztosítják az alapvető építőelemeket minden sejtes szerkezet előállításához. A vas bőségesen volt elérhető, és az oxigén hiánya nem változtatta meg oldhatatlan rozsdává, tehát ezt az elemet az első sejtekben használták az enzimek. Úgy gondolják, hogy számos gén részt vett a magas hőmérsékletekhez való alkalmazkodásban,ami másként sugallja: az organizmusok hidrotermikus környezetben fejlődtek ki - hasonlóan a modern hidrotermikus szellőzőnyílásokhoz vagy meleg forrásokhoz, ahol a baktériumok még mindig örömmel élnek.
Sajnos időgép nélkül nem tudjuk közvetlenül ellenőrizni ezeket az eredményeket. De ez az információ nagy érdeklődésre számít, különösen a tudósok számára, akik megpróbálják újra létrehozni a primitív élet formáit. Ijesztő azt gondolni, hogy első őseink (az elsők) oxigén nélkül működtek.
Ilya Khel