Biologii încă se luptă cu misterul originii vieții pe Pământ. Este necesar să înțelegem cum au apărut bacteriile primitive și alte forme de viață. Se știe puțin despre organismul progenitor, dar genomica ne permite să aflăm ceva despre cele mai vechi creaturi care au locuit lumea în zorii existenței sale. „Lenta.ru” povestește despre un articol publicat în revista Nature, în care autorii încearcă să răspundă la întrebarea cine a fost LUCA (ultimul strămoș comun universal), Luca este strămoșul comun universal al tuturor organismelor moderne.
Nu existau încă trei domenii (super regate) ale vieții - bacterii, arhaea și eucariote, dar el exista deja. Acest organism este o legătură intermediară între mediul neînsuflețit al Pământului timpuriu și primii microbi care au trăit în roci în urmă cu 3,8-3,5 miliarde de ani. Nu se știe cum arăta Luca și în ce condiții a trăit. Oamenii de știință, ca și detectivii, și-au reconstruit trăsăturile de bază bucată cu bucată. Am pornit de la următorul principiu: întrucât Luca este strămoșul tuturor organismelor vii, înseamnă că au moștenit câteva trăsături de la el. Pe baza caracteristicilor biologice inerente fiecărei ființe vii, biologii au creat un portret al lui Luke: un organism unicelular care seamănă cu o bacterie.
Un nou studiu realizat de oamenii de știință germani a făcut posibilă clarificarea organizării interne a strămoșului universal. Oamenii de știință au stabilit care gene ar putea include ADN-ul lui Luke. Pentru a face acest lucru, au folosit o abordare filogenetică, cu alte cuvinte, au analizat relațiile evolutive dintre diferitele tipuri de viață de pe Pământ. Acest lucru a fost făcut în felul următor. După ce au stabilit care proteine sunt codificate de genomul procariot, biologii au selectat cele care au îndeplinit mai multe criterii. În primul rând, proteina trebuie să fie prezentă în taxonii mai mari atât din bacterii, cât și din arhaea. În al doilea rând, dacă construim un arbore filogenetic - o diagramă care reflectă relațiile evolutive - atunci bacteriile și arhaea care posedă această proteină ar trebui să formeze un grup monofiletic, adică să aibă un strămoș comun. Această din urmă condiție crește probabilitatea ca aceste proteine să fie prezente în Luca,iar de la el au fost transmise urmașilor.
În total, mai mult de șase milioane de gene care codifică proteine au fost analizate și prezente în 1.847 de bacterii și 134 genomi arheali. Din total, oamenii de știință au format 286 514 grupuri (grupuri), dintre care doar aproximativ 11 mii conțineau proteine bacteriene și arheale. Când arborii filogenetici au fost construiți și grupurile proteice au fost testate pentru a respecta principiul monofiletic, au rămas doar 335 de grupuri care au îndeplinit condițiile inițiale. Toate proteinele din eșantionul final, potrivit biologilor, au fost prezente în genomul LUCA. Trebuie menționat că aceste criterii nu exclud posibilitatea transferului de gene orizontal. Astfel, o proteină care a apărut pentru prima dată în bacteriile timpurii ar putea intra în Archea și să se răspândească printre reprezentanții fiecăruia dintre domenii, deși nu a fost niciodată prezentă în corpul lui Luca.
Biologii au fost interesați de genele care alcătuiesc „nucleul informațional” în celulele organismelor vii. Vorbim despre 19 proteine implicate în sinteza ribozomilor, precum și opt enzime care joacă un rol major în formarea ARN-ului de transport (mută aminoacizii în locurile de construcție a moleculelor de proteine).
Fumători negri
Video promotional:
Foto: NOAA / Wikipedia
Genomul reconstruit al lui Luke sugerează că a fost o creatură anaerobă (adaptată unui mediu anoxic) care a primit energia necesară vieții, ca urmare a chimosintezei - reacții chimice care oxidează mineralele. Aparent, strămoșul universal trăia în apropierea gurilor de evacuare hidrotermale, ca fumătorii negri. Acest lucru este indicat de prezența posibilă în el a girazei - enzime specifice organismelor termofile (termofile). De asemenea, în LUCA, cel mai probabil, au existat enzime care fac posibilă chemosinteza, în care dioxidul de carbon este singura sursă de carbon. În general, acest organism ar putea primi energie din gaze precum hidrogen, dioxid de carbon și azot.
Unele dintre enzime conțin clustere de sulf de fier (FeS), care sunt un grup de molecule cofactor care se leagă în mod specific la proteine și determină activitatea lor catalitică. Acest lucru indică faptul că Luca a trăit într-un mediu bogat în fier. Un alt grup de proteine implicate în metabolismul zahărului a fost identificat: glicozilazele și hidrolazele. Aceste enzime din celulele moderne sunt importante pentru sinteza peretelui celular, ceea ce poate indica existența unui perete celular primitiv în LUCA.
Marea Primăvară prismatică este un habitat tipic arhaean
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Rezultatele cercetătorilor confirmă o serie de teze importante. Clusterele FeS, precum și metalele de tranziție în compoziția cofactorilor, sunt moștenirea metabolismului antic. Primele organisme vii au apărut în aerisirile hidrotermale. Reacțiile chimice care au loc la granița mediului acvatic și a rocilor stâncoase au creat condițiile pentru apariția vieții. Primii reprezentanți ai bacteriilor și arhaea au fost autotrofe, dependenți de hidrogen și care utilizează dioxidul de carbon ca acceptor terminal în metabolismul energetic (la animale și plante, oxigenul inhalat joacă acest rol).
Arborii filogenetici construiți nu au făcut posibilă izolarea proteinelor caracteristice LUCA, care au fost implicate în sinteza aminoacizilor care alcătuiesc proteine și nucleozide care formează ADN și ARN. Cu toate acestea, un strămoș universal s-ar fi putut forma din acele componente care au fost formate ca urmare a proceselor chimice spontane caracteristice Pământului timpuriu.
Interesant este că rezultatele biologilor germani contrazic rezultatele oamenilor de știință francezi publicate în 2008. Au atribuit ceapa unor organisme care preferă temperaturi moderate (sub 50 de grade Celsius). Se credea că LUCA nu poate fi un termofil datorită faptului că proteinele sale nu erau rezistente la temperaturi ridicate. În același timp, strămoșii bacteriilor și arhaiei ar fi putut trăi într-un mediu puternic încălzit. Noua lucrare acordă atenție nu stabilității imediate a enzimelor, ci a condițiilor de mediu pentru care aceste proteine sunt caracteristice.
Alexandru Enikeev
