Otázka „ako presne začal život?“je jedným z najväčších tajomstiev modernej vedy. Zatiaľ čo väčšina vedcov verí, že všetky formy života sa vyvinuli zo spoločného primitívneho starodávneho mikroorganizmu, detaily tu končia. Aké gény vlastnila táto forma života a kde žila? Nová štúdia publikovaná v Nature Microbiology objasňuje pôvod a vývoj tohto starodávneho organizmu.
Skúsení vedci zaujímajúci sa o pôvod života zvyčajne riešia tento problém dvoma rôznymi spôsobmi. Jedným z nich je prístup zdola nahor, kde sa snažia predstaviť, ako dávno začal život, a potom si znovu vytvoria hlavné štádiá svojho vzniku v laboratóriu. Alternatívnym prístupom zhora nadol je analyzovať a „nasekať“moderné bunky, aby sa zjednodušili a odvodili kľúčové kroky vo vývoji bunkovej zložitosti.
Počítačoví vedci, ktorí sa snažia vyriešiť tento problém, využívajú obrovské množstvo údajov, ktoré sa objavili v dôsledku revolúcie - sekvenovania DNA. Vedcov zaplavili informáciami o genómoch organizmov, od baktérií po človeka. Môžu obsahovať informácie o sekvenciách DNA primitívnych buniek - prvých bunkách na planéte, ktoré používajú moderný genetický kód - ktoré boli odovzdané miliardami generácií.
„Posledný univerzálny spoločný predok“je hypoteticky jednou z prvých buniek, z ktorých pochádza všetok život na Zemi. Vzťah medzi týmto predkom a modernými organizmami je často predstavovaný ako evolučný strom, ktorého prvé známe príklady pochádzajú z obdobia Charlesa Darwina.
DNA sekvenovanie poskytuje vynikajúce a vysoko kvantitatívne meradlo genetickej konektivity, ktoré prenikne do celej biológie. Takmer všetky organizmy na planéte používajú rovnaký kód štyroch báz A, C, G a T. V zásade by sa preto mohol použiť na vytváranie evolučných stromov všetkého života. Vieme, že určité gény existovali na úsvite celulárneho života a boli zdedené všetkými nasledujúcimi formami života. V priebehu štyroch miliárd rokov sa napríklad kópie jedného malého génu 16S rRNA postupne menili v priebehu náhodných mutácií v jednotlivých líniách, ktoré viedli k rôznym životným formám. Z toho vyplýva, že každý z nich má charakteristickú sekvenciu, ktorá bude podobná v novo vyvinutých organizmoch, ale v rodokmenoch sa bude čoraz viac odlišovať.ktoré sa objavili skôr v evolučnom segmente.
Prvé analýzy týchto „univerzálnych“sekvencií DNA, ktoré sa vykonali asi pred 30 rokmi, viedli k významným zmenám v našom hodnotení rozmanitosti života na Zemi, a najmä rozmanitosti jednobunkových organizmov bez jadier (prokaryoty). Identifikovali tiež úplne novú doménu prokaryotického života, ktorá sa dnes nazýva archaea.
Propagačné video:
Pokusy o vývoj skutočne univerzálnych stromov, ktoré určia pôvod všetkých moderných buniek od ich posledných univerzálnych predkov, boli obmedzené množstvom technických problémov. Jedným z problémov je veľký počet skupín, ktoré sa od seba oddelili od úplného začiatku života. Navyše si baktérie môžu navzájom vymieňať gény, čo sťažuje určenie ich pôvodu.
Vodík jedlíci?
V novej štúdii vedci použili inteligentnú, špičkovú metódu na usporiadanie sekvenovaných prokaryotických génov do rodín. Potom hľadali podobnosti a vzorce vo všetkých bakteriálnych skupinách a našli malú skupinu génov, ktoré boli prítomné v archaea aj v baktériách. Vedci dokázali, že tieto gény boli pravdepodobne zdedené priamo od spoločného predka a neboli získané výmenou.
Tento výsledok je významný, pretože identifikuje špecifické skupiny baktérií (clostridia) a archaea (methanogény), ktoré nesú skoré verzie týchto génov, a naznačuje, že sú veľmi starodávne a môžu byť podobné úplne prvým organizmom, ktoré spôsobili vznik samostatných línií baktérií. a archaea.
Dôležitejšie je, že povaha génov, ktoré prežili, rozpráva úžasný príbeh o prostredí, v ktorom žil ich predchodca - vrátane toho, ako dostal energiu. Výskum ukazuje, že svet obývaný týmito organizmami pred štyrmi miliardami rokov bol veľmi odlišný od nášho. V tom nebol žiadny dostupný kyslík, ale ak veríte génom, spoločný predok prijal energiu z vodíka, produkovanú zrejme geochemickou aktivitou zemskej kôry. „Inertné“plyny vrátane oxidu uhličitého a dusíka poskytli základné stavebné kamene na výrobu všetkých bunkových štruktúr. Železo bolo k dispozícii hojne a nedostatok kyslíka ho nezmenil na nerozpustnú hrdzu, takže tento prvok používali enzýmy v prvej bunke. Predpokladá sa, že niekoľko génov sa podieľalo na adaptácii na vysoké teploty,čo naznačuje inak: organizmy sa vyvíjali v hydrotermálnom prostredí - podobné moderným hydrotermálnym prieduchom alebo horúcim prameňom, kde baktérie stále žijú s radosťou.
Bohužiaľ, bez časového stroja nemôžeme priamo overiť tieto výsledky. Tieto informácie sú však veľmi zaujímavé, najmä pre vedcov, ktorí sa snažia obnoviť formy primitívneho života. Je desivé myslieť si, že naši prví predkovia (úplne prvý) sa bez kyslíka dostali.
Ilja Khel