Pitanje "kako je točno započeo život?" jedna je od najvećih misterija moderne znanosti. Iako većina znanstvenika vjeruje da su svi životni oblici evoluirali iz zajedničkog primitivnog drevnog mikroorganizma, ovdje se završavaju detalji. Kakve je gene imao ovaj životni oblik i gdje je živio? Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Microbiology osvjetljava podrijetlo i razvoj ovog drevnog organizma.
Iskusni znanstvenici zainteresirani za podrijetlo života obično se rješavaju ovog problema na dva različita načina. Jedan od njih je pristup odozdo prema gore, gdje pokušavaju zamisliti kako je život počeo davno, a zatim u laboratoriju obnavljaju glavne faze njegova nastanka. Alternativni pristup odozgo prema dolje je analiza i „odsjecanje“modernih stanica kako bi ih se pojednostavilo i zaključili ključni koraci u razvoju složenosti stanica.
Informatičari koji pokušavaju riješiti to pitanje iskorištavaju ogromne količine podataka koji su se pojavili kao rezultat revolucije - slijed DNK. Preplavilo je znanstvenike informacijama o genima organizama, od bakterija do ljudi. Oni mogu sakriti podatke o DNK sekvenci primitivnih ćelija - prvih ćelija na planeti koja su koristila moderni genetski kod - koje su prenesene u milijune generacija.
"Posljednji univerzalni zajednički predak" hipotetski je jedna od prvih stanica iz koje je nastao sav život na Zemlji. Odnos između ovog pretka i modernih organizama često se predstavlja kao evolucijska stabla, čiji su prvi poznati primjeri datirali Charlesu Darwinu.
Sekvenciranje DNK pruža izvrsnu i visoko kvantitativnu mjeru genetske povezanosti koja prožima svu biologiju. Gotovo svi organizmi na planeti koriste isti kod od četiri baze A, C, G i T. Stoga bi se u načelu moglo koristiti za izgradnju evolutivnih stabala cijelog života. Znamo da su određeni geni postojali u zoru staničnog života i da su naslijeđeni od svih narednih životnih oblika. Na primjer, tijekom četiri milijarde godina, primjerice jednog malog gena za 16RRNA, postupno su se mijenjale tijekom slučajnih mutacija u pojedinim rodovima koje su dovele do različitih životnih oblika. Slijedi da svaki od njih ima karakterističan slijed, koji će biti sličan u novorazvijenim organizmima, ali sve više različit u rodovnicima.koja se pojavila ranije na evolucijskom segmentu.
Prve analize ovih „univerzalnih“nizova DNK, izvedene prije otprilike 30 godina, dovele su do značajnih promjena u našoj procjeni raznolikosti života na Zemlji, a posebno raznolikosti jednoćelijskih organizama bez jezgara (prokariota). Također su identificirali potpuno novo područje prokariotskog života, koje se danas naziva arheja.
Promotivni video:
Pokušaji da se razviju doista univerzalna stabla koja će odrediti podrijetlo svih modernih stanica od njihovih posljednjih univerzalnih predaka bili su ograničeni brojnim tehničkim problemima. Jedan je problem velik broj skupina koje su se od samog početka života odvojile jedna od druge. Štoviše, bakterije također mogu međusobno razmjenjivati gene, što otežava utvrđivanje njihova podrijetla.
Uzgajivači vodika?
U novom istraživanju, istraživači su koristili pametnu, najsuvremeniju metodu za organiziranje sekvenciranih prokariotskih gena u obitelji. Potom su potražili sličnosti i obrasce u svim bakterijskim skupinama i pronašli mali skup gena koji su bili prisutni i u arheama i u bakterijama. Znanstvenici su mogli pokazati da su ti geni najvjerojatnije naslijeđeni izravno od zajedničkog pretka, a nisu dobiveni razmjenom.
Taj je rezultat značajan jer identificira specifične skupine bakterija (klostridije) i arheje (metanogeni) koje nose rane verzije tih gena i ukazuje da su vrlo drevni i mogu biti slični prvim organizmima koji su stvorili odvojene loze bakterija. i arheje.
Još važnije, priroda gena koji su preživjeli govori zadivljujuću priču o okruženju u kojem je živio njihov posljednji predak - uključujući i to kako je primao energiju. Istraživanja pokazuju da se svijet naseljen tim organizmima prije četiri milijarde godina vrlo razlikovao od našeg. U njemu nije bilo dostupnog kisika, ali ako je vjerovati genima, uobičajeni predak je energiju dobivao od vodika, proizvedenog, očigledno, geokemijskom aktivnošću zemljine kore. "Inertni" plinovi, uključujući ugljični dioksid i dušik, osigurali su osnovne građevne blokove za proizvodnju svih staničnih struktura. Željezo je bilo dostupno u izobilju, a nedostatak kisika nije ga pretvorio u netopljivu hrđu, pa su taj element koristili enzimi u prvoj stanici. Vjeruje se da je nekoliko gena uključeno u prilagođavanje visokim temperaturama,što sugerira drugačije: organizmi su se razvili u hidrotermalnom okruženju - slično modernim hidrotermalnim otvorima ili vrućim izvorima, gdje bakterije i dalje žive sa zadovoljstvom.
Nažalost, bez vremenskog stroja ne možemo izravno potvrditi ove rezultate. Ali takve su informacije od velikog interesa, posebno za znanstvenike koji pokušavaju ponovno stvoriti oblike primitivnog života. Strašno je misliti da su naši prvi preci (prvi) radili bez kisika.
Ilya Khel