A biológusok továbbra is küzdenek a földi élet eredetének rejtélyével. Meg kell értenünk, hogy az primitív baktériumok és más életformák hogyan származtak. Kevés információ áll rendelkezésre a kórokozó szervezetről, de a genomika lehetővé teszi számunkra, hogy megtudjunk valamit a legrégibb lényekről, amelyek létezésének hajnalán a világot lakották. A "Lenta.ru" egy, a Nature folyóiratban megjelent cikkről szól, amelyben a szerzők arra a kérdésre kívánnak válaszolni, hogy ki volt a LUCA (az utóbbi egyetemes közös őse). A Luca minden modern organizmus egyetemes közös őse.
Még nem volt három élet (szuper királyság) az élet - baktériumok, archaea és eukarióták, de már létezett. Ez a szervezet egy közbenső kapcsolat a korai Föld élettelen környezete és a 3,8-3,5 milliárd évvel ezelőtt a sziklákban élő első mikrobák között. Nem tudjuk, hogyan nézett ki Luke és milyen körülmények között élt. A tudósok, mint például a nyomozók, darabonként rekonstruálták annak alapvető jellemzőit. Az alábbi elvet követjük el: mivel Luke az összes élő szervezet őse, ez azt jelenti, hogy néhány tulajdonságot örököltek tőle. Minden élőlényben rejlő biológiai tulajdonságok alapján a biológusok Luke-képet készítettek: egysejtű szervezet, amely hasonlít a baktériumhoz.
A német tudósok új tanulmánya lehetővé tette az egyetemes őse belső szervezetének tisztázását. A tudósok meghatározták, mely gének tartalmazhatják Luke DNS-ét. Ehhez filogenetikai megközelítést alkalmaztak, vagyis megvizsgálták a Föld különböző életmódjai közötti evolúciós kapcsolatokat. Ezt a következő módon hajtottuk végre. Miután megállapítottuk, hogy mely proteineket kódolja a prokarióta genom, a biológusok kiválasztották azokat, amelyek több kritériumnak is megfelelnek. Először, a fehérjének jelen kell lennie mind a baktériumok, mind az archaea magasabb taxonjaiban. Másodszor, ha filogenetikai fát állítunk elő - egy diagramot, amely tükrözi az evolúciós kapcsolatokat -, akkor a baktériumoknak és az archaea-nak, amelyek ezt a fehérjét birtokolják, monofiletikus csoportot kell alkotni, vagyis közös őse van. Ez utóbbi feltétel növeli annak valószínűségét, hogy ugyanezek a fehérjék jelen voltak Luke-ban,és tőle továbbadtak leszármazottaknak.
Összességében több mint hatmillió fehérjét kódoló gént elemeztünk és 1847 baktérium- és 134 régészeti genomban vannak jelen. A tudósok összesen 286 514 csoportot (klasztert) alkottak, amelyek közül csak körülbelül 11 ezer tartalmazott bakteriális és régészeti fehérjét. Amikor a filogenetikus fákat felépítették és a fehérjecsoportokat megvizsgálták, hogy azok kövessék a monofületi elvet, csak 335 klaszter maradt fenn, amelyek eleget tettek a kezdeti feltételeknek. A végső mintában szereplő összes protein, a biológusok szerint, jelen volt a LUCA genomban. Meg kell jegyezni, hogy ezek a kritériumok nem zárják ki a horizontális génátadás lehetőségét. Így egy olyan fehérje, amely először a korai baktériumokban jelent meg, bejuthat az Archeába és terjedhet az egyes domének képviselői között, bár Luke testében soha nem volt jelen.
A biológusokat érdekelték az élő szervezetek sejtjeiben az "információs magot" alkotó gének. 19 proteinről beszélünk, amelyek részt vesznek a riboszómák szintézisében, valamint nyolc enzimről, amelyek jelentős szerepet játszanak a transzport RNS kialakításában (az aminosavakat a fehérjemolekulák felépítésének helyére mozgatják).
Fekete dohányosok
Promóciós videó:
Fotó: NOAA / Wikipedia
Luke rekonstruált genomja azt sugallja, hogy egy anaerob (egy oxigénmentes környezethez adaptált) lény teremtette az élethez szükséges energiát a kemoszintézis eredményeként - kémiai reakciókkal, amelyek oxidálják az ásványokat. Úgy tűnik, az egyetemes őse hidrotermikus szellőzőnyílások közelében élt, mint a fekete dohányosok. Ezt a girázok esetleges jelenléte jelzi - a termofil (termofil) organizmusokra specifikus enzimek. A LUCA-ban is valószínűleg voltak olyan enzimek, amelyek lehetővé teszik a kemoszintézist, amelyekben a szén-dioxid az egyetlen szénforrás. Általában ez a szervezet energiát kaphat olyan gázokból, mint a hidrogén, a szén-dioxid és a nitrogén.
Néhány enzim vas-kén (FeS) klasztereket tartalmaz, amelyek olyan kofaktor molekulák csoportját képezik, amelyek specifikusan kötődnek a fehérjékhez és meghatározzák katalitikus aktivitásukat. Ez azt jelzi, hogy Luke vasban gazdag környezetben élt. A cukor anyagcserében részt vevő fehérjék egy másik csoportját azonosítottuk: glikozilázokat és hidrolázokat. Ezek a modern sejtekben levő enzimek fontos szerepet játszanak a sejtfal szintézisében, ami utalhat egy primitív sejtfal létezésére a LUCA-ban.
A nagy prizmás tavasz tipikus régészeti élőhely
Fotó: Jim Urquhart / Reuters
A kutatók megállapításai számos fontos tézist megerősítenek. A FeS-klaszterek, valamint az átmenetifémek a kofaktorok összetételében az ősi anyagcsere öröksége. Az első élő szervezetek hidrotermikus szellőzőnyílásokban keletkeztek. A vízi környezet határán zajló kémiai reakciók és a sziklás kőzetek megteremtették az élet kialakulásának feltételeit. A baktériumok és az archaea első képviselői az autotrofák voltak, amelyek hidrogéntől függnek és szén-dioxidot használnak terminális akceptorként az energiacserében (állatokban és növényekben az inhalált oxigén játszik ezt a szerepet).
A felépített filogenetikai fák nem tették lehetővé a LUCA-ra jellemző fehérjék elkülönítését, amelyek részt vettek a fehérjéket alkotó aminosavak, valamint a DNS-t és RNS-t alkotó nukleozidok szintézisében. Mindazonáltal egy univerzális ősképződmény kialakulhatott azokból az összetevőkből, amelyek a korai Földre jellemző spontán kémiai folyamatok eredményeként keletkeztek.
Érdekes módon a német biológusok eredményei ellentmondásosak a francia tudósok 2008-ban közzétett megállapításaival. A hagymát azoknak a szervezeteknek tulajdonították, amelyek kedvelik a mérsékelt hőmérsékletet (kevesebb mint 50 Celsius fok). Úgy gondolták, hogy a LUCA nem lehet termofil, mivel a fehérjék nem voltak ellenállóak a magas hőmérsékleteknek. Ugyanakkor a baktériumok és az archaea ősei nagyon hevített környezetben is élhetnek. Az új munka nem az enzimek azonnali stabilitására, hanem arra figyel, hogy milyen környezeti körülményekre jellemző ezek a fehérjék.
Alexander Enikeev