Biolozi se još uvijek bore s misterijom podrijetla života na Zemlji. Potrebno je razumjeti kako su nastale primitivne bakterije i drugi životni oblici. O organizmu potomstva malo se zna, ali genomika nam omogućuje da saznamo nešto o najstarijim bićima koja su nastanila svijet u zoru njegova postojanja. "Lenta.ru" govori o članku objavljenom u časopisu Nature, u kojem autori pokušavaju odgovoriti na pitanje tko je bio LUCA (zadnji univerzalni zajednički predak), Luca je univerzalni zajednički predak svih modernih organizama.
Još nisu postojala tri područja života (super kraljevstva) života - bakterije, arheje i eukarioti, ali on je već postojao. Ovaj organizam je posredna veza između neživog okoliša rane Zemlje i prvih mikroba koji su živjeli u stijenama prije 3,8-3,5 milijardi godina. Nije poznato kako je Luka izgledao i u kojim je uvjetima živio. Znanstvenici su, poput detektiva, rekonstruirali njegove osnovne značajke pojedinačno. Polazili smo od sljedećeg načela: budući da je Luka predak svih živih organizama, to znači da su od njega naslijedili neke osobine. Na temelju bioloških karakteristika svojstvenih svakom živom biću biolozi su stvorili portret Luke: jednostanični organizam koji podsjeća na bakteriju.
Novo istraživanje njemačkih znanstvenika omogućilo je razjašnjenje unutarnje organizacije univerzalnog pretka. Znanstvenici su utvrdili koji geni mogu uključivati Lukeov DNK. Da bi to učinili, koristili su filogenetski pristup, drugim riječima, analizirali evolucijske odnose između različitih vrsta života na Zemlji. To je učinjeno na sljedeći način. Ustanovivši koji su proteini kodirani prokariotskim genomom, biolozi su odabrali one koji zadovoljavaju nekoliko kriterija. Prvo, protein mora biti prisutan u višim svojtama i bakterija i arheja. Drugo, ako konstruiramo filogenetsko stablo - dijagram koji odražava evolucijske odnose - tada bi bakterije i arheje koje posjeduju ovaj protein trebali formirati monofiletnu skupinu, to jest imati zajedničkog pretka. Potonje stanje povećava vjerojatnost da su ti isti proteini bili prisutni u Luki,a od njega su preneseni potomcima.
Ukupno je analizirano i prisutno više od šest milijuna gena koji kodiraju proteine u 1.847 bakterijskih i 134 arhealnih genoma. Od ukupnog broja, znanstvenici su formirali 286 514 skupina (nakupina) od kojih je samo oko 11 tisuća sadržavalo bakterijske i arheološke proteine. Kada su izgrađena filogenetska stabla i testirane su proteinske grupe prema monofilitskom principu, ostalo je samo 335 grozdova koji su ispunili početne uvjete. Prema proteinima, svi proteini u konačnom uzorku bili su prisutni u LUCA genomu. Treba napomenuti da ovi kriteriji ne isključuju mogućnost horizontalnog prijenosa gena. Dakle, protein koji se prvi put pojavio u ranim bakterijama mogao bi ući u Archeu i širiti se među predstavnicima svake od domena, iako nikad nije bio prisutan u Lukinu tijelu.
Biologe su zanimali geni koji čine „informacijsku jezgru“u stanicama živih organizama. Govorimo o 19 proteina koji su uključeni u sintezu ribosoma, kao i osam enzima koji igraju glavnu ulogu u stvaranju transportne RNK (oni prenose aminokiseline na mjesta izgradnje proteinskih molekula).
Crni pušači
Promotivni video:
Foto: NOAA / Wikipedia
Luka rekonstruirani genom sugerira da je to bilo anaerobno (prilagođeno okolišu bez kisika) koje je dobilo energiju potrebnu za život kao rezultat kemosinteze - kemijskih reakcija koje oksidiraju minerale. Navodno je univerzalni predak živio u blizini hidrotermalnih otvora, poput crnih pušača. To je naznačeno mogućom prisutnošću žiraza u njemu - enzimima specifičnim za termofilne (termofilne) organizme. U LUCA su, najvjerojatnije, postojali enzimi koji omogućuju kemosintezu, u kojima je ugljični dioksid jedini izvor ugljika. Općenito, ovaj bi organizam mogao primati energiju iz plinova poput vodika, ugljičnog dioksida i dušika.
Neki od enzima sadrže nakupine željeza i sumpora (FeS), koji su skupina kofaktornih molekula koje se specifično vežu na proteine i određuju njihovu katalitičku aktivnost. To ukazuje da je Luka živio u okruženju bogatom željezom. Identificirana je još jedna skupina proteina koja sudjeluje u metabolizmu šećera: glikozilaze i hidrolaze. Ovi enzimi u modernim stanicama važni su za sintezu stanične stijenke, što može ukazivati na postojanje primitivne stanične stijenke u LUCA.
Veliko prizmatsko proljeće tipično je arhejsko stanište
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Otkrića istraživača potvrđuju brojne važne teze. FeS klasteri, kao i prijelazni metali u sastavu kofaktora, nasljeđe su drevnog metabolizma. Prvi živi organizmi nastali su u hidrotermalnim otvorima. Kemijske reakcije koje se događaju na granici vodenog okoliša i stjenovitih stijena stvorile su uvjete za nastanak života. Prvi predstavnici bakterija i arheja bili su autotrofi, ovisni o vodiku i koji su koristili ugljični dioksid kao terminalni akceptor u energetskom metabolizmu (u životinjama i biljkama udisani kisik igra tu ulogu).
Izgrađena filogenetska stabla nisu omogućila izolaciju proteina karakterističnih za LUCA, koji su bili uključeni u sintezu aminokiselina koje čine proteine i nukleozide koji tvore DNK i RNK. Unatoč tome, univerzalni predak mogao se stvoriti od onih komponenti koje su nastale kao rezultat spontanih kemijskih procesa karakterističnih za ranu Zemlju.
Zanimljivo je da se rezultati njemačkih biologa suprotstavljaju nalazima francuskih znanstvenika objavljenim 2008. godine. Pripisali su luk organizmima koji preferiraju umjerene temperature (manje od 50 Celzijevih stupnjeva). Vjerovalo se da LUCA ne može biti termofil zbog činjenice da njegovi proteini nisu otporni na visoke temperature. U isto vrijeme, preci bakterija i arheja mogli su živjeti u vrlo zagrijanom okruženju. Novi rad obraća pažnju ne na neposrednu stabilnost enzima, već na okolnosti u kojima su ti proteini karakteristični.
Aleksandar Enikeev
