Jautājums "kā tieši dzīve sākās?" ir viens no lielākajiem mūsdienu zinātnes noslēpumiem. Lai gan lielākā daļa zinātnieku uzskata, ka visas dzīvības formas ir attīstījušās no kopīga primitīva senā mikroorganisma, detaļas ar to beidzas. Kādiem gēniem piederēja šī dzīvības forma un kur tā dzīvoja? Jauns pētījums, kas publicēts žurnālā Nature Microbiology, atklāj šī senā organisma izcelsmi un attīstību.
Pieredzējuši zinātnieki, kurus interesē dzīvības izcelsme, šo problēmu parasti risina divējādi. Viens no tiem ir pieeja no apakšas uz augšu, kur viņi mēģina iedomāties, cik sen sākusies dzīve, un pēc tam laboratorijā atjaunot galvenos tās rašanās posmus. Alternatīva pieeja no augšas uz leju ir modernu šūnu analīze un "atdalīšana", lai tās vienkāršotu un secinātu galvenos soļus šūnu sarežģītības evolūcijā.
Datorzinātnieki, kuri mēģina atrisināt šo jautājumu, izmanto milzīgo datu daudzumu, kas ir parādījies revolūcijas rezultātā - DNS sekvencēšana. Tas ir pārpludinājis zinātniekus ar informāciju par organismu genomiem, sākot no baktērijām līdz cilvēkiem. Viņi var slēpt informāciju par primitīvo šūnu - pirmo planētas šūnu, kas izmanto moderno ģenētisko kodu, DNS sekvencēm, kuras ir nodotas miljardiem paaudžu.
"Pēdējais universālais kopējais sencis" hipotētiski ir viena no pirmajām šūnām, no kuras radusies visa dzīvība uz Zemes. Šī senča un mūsdienu organismu attiecības bieži tiek vizualizētas kā evolūcijas koki, kuru pirmie zināmie piemēri meklējami Čārlza Darvina.
DNS sekvencēšana nodrošina izcilu un ļoti kvantitatīvu ģenētiskās savienojamības rādītāju, kas caurvij visu bioloģiju. Gandrīz visi planētas organismi izmanto to pašu četru A, C, G un T bāzes kodu. Tāpēc principā to var izmantot, lai veidotu evolūcijas kokus visai dzīvei. Mēs zinām, ka daži gēni pastāvēja šūnu dzīves rītausmā un tos mantoja visas nākamās dzīvības formas. Četru miljardu gadu laikā, piemēram, viena neliela 16S rRNS gēna kopijas ir pakāpeniski mainījušās, veicot nejaušas mutācijas atsevišķās ciltsrakstos, kā rezultātā ir izveidojušās dažādas dzīvības formas. No tā izriet, ka katram no viņiem ir raksturīga secība, kas būs līdzīga jaunizveidotajos organismos, bet aizvien vairāk un atšķirīgāka ir ciltsrakstoskas parādījās agrāk evolūcijas segmentā.
Pirmās šo “universālo” DNS sekvenču analīzes, kas tika veiktas apmēram pirms 30 gadiem, izraisīja būtiskas izmaiņas mūsu vērtējumā par dzīvības daudzveidību uz Zemes, un jo īpaši par vienšūnu organismu daudzveidību bez kodoliem (prokariotiem). Viņi arī izcēla pilnīgi jaunu prokariotu dzīves jomu, ko tagad sauc par archaea.
Reklāmas video:
Mēģinājumus attīstīt patiesi universālus kokus, kas noteiks visu mūsdienu šūnu izcelsmi no viņu pēdējiem universālajiem senčiem, ierobežo vairākas tehniskas problēmas. Viena problēma ir lielais grupu skaits, kas ir atdalījušās viena no otras jau no paša dzīves sākuma. Turklāt baktērijas var arī apmainīties ar gēniem savā starpā, padarot grūtāk noteikt to izcelsmi.
Ūdeņraža ēdāji?
Jaunajā pētījumā pētnieki izmantoja gudru, progresīvu metodi, lai organizētu sekvenētus prokariotu gēnus ģimenēs. Tad viņi meklēja līdzības un modeļus visās baktēriju grupās un atrada nelielu gēnu komplektu, kas bija gan arhaea, gan baktērijās. Zinātnieki spēja parādīt, ka šie gēni, visticamāk, ir mantoti tieši no kopīga senča un nav iegūti apmaiņas ceļā.
Šis rezultāts ir ievērojams, jo tas identificē specifiskās baktēriju grupas (klostridijas) un arhaju (metanogenus), kas pārnēsā šo gēnu agrīnās versijas, un norāda, ka tās ir ļoti senas un var būt līdzīgas pašiem pirmajiem organismiem, kas radīja atsevišķas baktēriju līnijas. un archaea.
Vēl svarīgāk ir tas, ka izdzīvojušo gēnu raksturs stāsta pārsteidzošu stāstu par vidi, kurā dzīvoja viņu pēdējais sencis, ieskaitot to, kā viņš saņēma enerģiju. Pētījumi rāda, ka pasaule, kuru šie organismi apdzīvoja pirms četriem miljardiem gadu, ļoti atšķīrās no mūsējās. Tajā nebija pieejama skābekļa, bet, ja jūs ticat gēniem, parastais sencis enerģiju saņēma no ūdeņraža, ko acīmredzot saražo zemes garozas ģeoķīmiskās aktivitātes. "Inertās" gāzes, ieskaitot oglekļa dioksīdu un slāpekli, nodrošināja pamata elementus visu šūnu struktūru ražošanai. Dzelzs bija pieejams pārpilnībā, un skābekļa trūkums to nepārvērta par nešķīstošu rūsu, tāpēc šo elementu fermenti izmantoja pirmajā šūnā. Tiek uzskatīts, ka vairāki no gēniem ir bijuši iesaistīti adaptācijā augstām temperatūrām,kas liek domāt citādi: organismi attīstījās hidrotermālajā vidē - līdzīgi mūsdienu hidrotermiskajām ventilācijas atverēm vai karstajiem avotiem, kur baktērijas joprojām dzīvo ar prieku.
Diemžēl bez laika mašīnu mēs nevaram tieši pārbaudīt šos rezultātus. Bet šāda informācija rada lielu interesi, īpaši zinātniekiem, kuri mēģina atjaunot primitīvās dzīves formas. Ir baisi domāt, ka mūsu pirmie senči (paši pirmie) iztika bez skābekļa.
Iļja Khel