Întrebarea „cum a început viața exact?” este unul dintre cele mai mari mistere ale științei moderne. În timp ce majoritatea oamenilor de știință cred că toate formele de viață au evoluat dintr-un microorganism antic primitiv comun, detaliile se termină acolo. Ce fel de gene a avut această formă de viață și unde a trăit? Un nou studiu publicat în Nature Microbiology aruncă lumină asupra originii și dezvoltării acestui organism antic.
Oamenii de știință experimentați interesați de originea vieții abordează de obicei această problemă în două moduri diferite. Una dintre ele este o abordare de jos în sus, în care încearcă să-și imagineze cât de mult timp a început viața, iar apoi să recreeze principalele etape ale originii sale în laborator. O abordare alternativă de sus în jos este analizarea și „tăierea” celulelor moderne pentru a le simplifica și deduce pașii cheie în evoluția complexității celulare.
Informaticienii care încearcă să rezolve această problemă exploatează cantitățile uriașe de date care au apărut ca urmare a revoluției - secvențierea ADN-ului. A inundat oamenii de știință cu informații despre genomurile organismelor, de la bacterii la oameni. Acestea pot conține informații despre secvențele ADN ale celulelor primitive - primele celule de pe planetă care au folosit codul genetic modern - care au fost transmise prin miliarde de generații.
„Ultimul strămoș comun universal” este ipotetic una dintre primele celule de la care a provenit toată viața de pe Pământ. Relația dintre acest strămoș și organismele moderne este adesea vizualizată ca arbori evolutivi, primele exemple cunoscute din care datează de Charles Darwin.
Secvențializarea ADN oferă o măsură excelentă și foarte cantitativă a conectivității genetice care pătrunde în toată biologia. Aproape toate organismele de pe planetă folosesc același cod din patru baze A, C, G și T. Prin urmare, în principiu, ar putea fi folosit pentru a construi arbori evolutivi din toată viața. Știm că anumite gene au existat în zorii vieții celulare și au fost moștenite de toate formele de viață ulterioare. De-a lungul a patru miliarde de ani, exemplarele unei mici gene 16RRNA, de exemplu, s-au schimbat treptat în cursul mutațiilor aleatorii în linii individuale care au dus la diferite forme de viață. Rezultă că fiecare dintre ele are o secvență caracteristică care va fi similară în organismele nou dezvoltate, dar din ce în ce mai diferită în pedigree.care a apărut mai devreme pe segmentul evolutiv.
Primele analize ale acestor secvențe de ADN „universale”, efectuate în urmă cu aproximativ 30 de ani, au dus la schimbări semnificative în evaluarea noastră a diversității vieții de pe Pământ și, în special, a diversității organismelor unicelulare fără nuclee (procariote). De asemenea, au evidențiat un domeniu cu totul nou al vieții procariote, care se numește acum arhaea.
Video promotional:
Încercările de a dezvolta arbori cu adevărat universali care vor determina originea tuturor celulelor moderne din ultimii lor strămoși universali au fost limitate de o serie de probleme tehnice. O problemă este numărul mare de grupuri care s-au separat între ele de la începutul vieții. Mai mult, bacteriile pot schimba, de asemenea, gene între ele, ceea ce face mai dificilă determinarea originii lor.
Mâncători de hidrogen?
În noul studiu, cercetătorii au folosit o metodă inteligentă, de ultimă oră, pentru organizarea genelor procariote secvențiate în familii. Apoi au căutat asemănări și modele în toate grupurile de bacterii și au găsit un set mic de gene care erau prezente atât în arhaea, cât și în bacterii. Oamenii de știință au putut să arate că aceste gene au fost, cel mai probabil, moștenite direct de la un strămoș comun și nu au fost obținute prin schimb.
Acest rezultat este semnificativ, deoarece identifică grupurile specifice de bacterii (clostridia) și arhaea (metanogeni) care poartă versiuni timpurii ale acestor gene și indică faptul că sunt foarte vechi și pot fi similare cu primele organisme care au dus la apariția unor linii separate de bacterii și arhaea.
Mai important, natura genelor care au supraviețuit spune o poveste uimitoare despre mediul în care a trăit ultimul lor strămoș - inclusiv despre modul în care a primit energie. Cercetările arată că lumea locuită de aceste organisme acum patru miliarde de ani era foarte diferită de a noastră. În ea nu exista oxigen disponibil, dar dacă credeți că genele, strămoșul comun a primit energie din hidrogen, produs, se pare, prin activitatea geochimică a scoarței terestre. Gazele „inerte”, inclusiv dioxidul de carbon și azotul, au furnizat elementele de bază pentru producerea tuturor structurilor celulare. Fierul era disponibil în abundență, iar lipsa oxigenului nu l-a transformat în rugină insolubilă, astfel că acest element a fost folosit de enzimele din prima celulă. Se crede că mai multe dintre gene au fost implicate în adaptarea la temperaturi ridicate,ceea ce sugerează altfel: organismele au evoluat într-un mediu hidrotermic - similar cu orificiile de aerisire hidrotermale moderne sau izvoarele termale, unde bacteriile încă trăiesc cu plăcere.
Din păcate, fără o mașină de timp, nu putem verifica direct aceste rezultate. Dar aceste informații sunt de mare interes, în special pentru oamenii de știință care încearcă să recreeze formele vieții primitive. Este înfricoșător să cred că primii noștri strămoși (primii) au făcut fără oxigen.
Ilya Khel
