Biologi joprojām cīnās ar dzīves noslēpumu uz Zemes. Jāsaprot, kā radās primitīvas baktērijas un citas dzīvības formas. Par cilmes organismu ir maz zināms, bet genomika ļauj kaut ko uzzināt par senākajām radībām, kuras apdzīvoja pasauli tās pastāvēšanas rītausmā. "Lenta.ru" stāsta par rakstu, kas publicēts žurnālā Nature, kurā autori mēģina atbildēt uz jautājumu, kurš bija LUCA (pēdējais universālais kopējais sencis), Luca ir visu mūsdienu organismu universālais kopējais sencis.
Vēl nebija trīs dzīves jomas (supervalstis) - baktērijas, arhaea un eikarioti, bet viņš jau pastāvēja. Šis organisms ir starpposma saite starp agrīnās Zemes nedzīvo vidi un pirmajiem mikrobiem, kas pirms 3,8-3,5 miljardiem gadu dzīvoja klintīs. Nav zināms, kā izskatījās Lūks un kādos apstākļos viņš dzīvoja. Zinātnieki, tāpat kā detektīvi, ir rekonstruējuši tā pamatiezīmes pa gabalu. Mēs turpinājām pēc šāda principa: tā kā Lūks ir visu dzīvo organismu sencis, tas nozīmē, ka viņi mantojuši no viņa dažas iezīmes. Balstoties uz bioloģiskajām īpašībām, kas raksturīgas katrai dzīvai būtnei, biologi ir izveidojuši Lūka portretu: vienšūnu organisms, kas atgādina baktēriju.
Jauns vācu zinātnieku pētījums ļāva noskaidrot universālā senča iekšējo organizāciju. Zinātnieki ir noteikuši, kuri gēni varētu ietvert Lūka DNS. Lai to izdarītu, viņi izmantoja filoģenētisko pieeju, citiem vārdiem sakot, analizēja evolūcijas attiecības starp dažādiem Zemes dzīvības veidiem. Tas tika izdarīts šādā veidā. Noskaidrojuši, kuras olbaltumvielas kodē prokariotu genoms, biologi atlasīja tos, kas atbilda vairākiem kritērijiem. Pirmkārt, olbaltumvielām jābūt klāt gan baktēriju, gan arhaea augstākajos taksonos. Otrkārt, ja mēs konstruējam filoģenētisko koku - diagrammu, kas atspoguļo evolūcijas attiecības -, tad baktērijām un archaea, kurām ir šis proteīns, vajadzētu veidot monofiletu grupu, tas ir, viņiem ir kopīgs sencis. Pēdējais nosacījums palielina iespēju, ka šie paši proteīni bija Lūkā,un no viņa tika nodoti pēcnācējiem.
Kopumā tika analizēti vairāk nekā seši miljoni gēnu, kas kodē olbaltumvielas, un tie atrodas 1847 baktēriju un 134 arheālā genomā. Kopumā zinātnieki veidoja 286 514 grupas (kopas), no kurām tikai aptuveni 11 tūkstoši saturēja baktēriju un arhejas olbaltumvielas. Kad filoģenētiskie koki tika uzcelti un olbaltumvielu grupas tika pārbaudītas, lai ievērotu monofilētisko principu, palika tikai 335 kopas, kas atbilda sākotnējiem nosacījumiem. Pēc biologu domām, visi gala paraugā esošie proteīni atradās LUCA genomā. Jāatzīmē, ka šie kritēriji neizslēdz horizontālas gēnu pārnešanas iespēju. Tādējādi olbaltumviela, kas pirmo reizi parādījās agrīnajās baktērijās, varēja iekļūt Arhejā un izplatīties starp katra domēna pārstāvjiem, kaut arī tā Lūka ķermenī nekad nebija.
Biologus interesēja gēni, kas dzīvo "organismu kodolu" veido dzīvo organismu šūnās. Mēs runājam par 19 proteīniem, kas iesaistīti ribosomu sintēzē, kā arī par astoņiem fermentiem, kuriem ir liela loma transporta RNS veidošanā (tie pārvieto aminoskābes uz olbaltumvielu molekulu veidošanās vietām).
Melnie smēķētāji
Reklāmas video:
Foto: NOAA / Wikipedia
Luka rekonstruētais genoms liek domāt, ka tā bija anaeroba (pielāgota videi, kas nesatur skābekli) būtne, kas dzīvībai nepieciešamo enerģiju saņēma ķīmiskās sintēzes rezultātā - ķīmiskās reakcijās, kas oksidē minerālus. Acīmredzot universālais sencis dzīvoja hidrotermiskās atveres tuvumā, piemēram, melnie smēķētāji. Uz to norāda iespējamā girāžu klātbūtne - fermenti, kas raksturīgi termofīlajiem (termofīlajiem) organismiem. Arī LUCA, visticamāk, bija fermenti, kas padara iespējamu ķīmisko sintēzi, kurā oglekļa dioksīds ir vienīgais oglekļa avots. Kopumā šis organisms varētu saņemt enerģiju no tādām gāzēm kā ūdeņradis, oglekļa dioksīds un slāpeklis.
Daži no fermentiem satur dzelzs-sēra (FeS) kopas, kas ir kofaktoru molekulu grupa, kas īpaši saistās ar olbaltumvielām un nosaka to katalītisko aktivitāti. Tas norāda, ka Lūks dzīvoja dzelžiem bagātā vidē. Ir identificēta vēl viena olbaltumvielu grupa, kas iesaistīta cukura metabolismā: glikozilāzes un hidrolāzes. Šie enzīmi mūsdienu šūnās ir svarīgi šūnu sienas sintēzei, kas var norādīt uz primitīvas šūnas sienas eksistenci LUCA.
Lielais prizmatiskais avots ir tipisks arhejas biotops
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Pētnieku secinājumi apstiprina vairākas svarīgas tēzes. FeS kopas, kā arī pārejas metāli kofaktoru sastāvā ir senās metabolisma mantojums. Pirmie dzīvie organismi radās hidrotermiskās atverēs. Ķīmiskās reakcijas, kas notiek uz ūdens vides robežas, un akmeņainas ieži radīja apstākļus dzīvības rašanās. Pirmie baktēriju un arhaea pārstāvji bija autotrofi, kas bija atkarīgi no ūdeņraža un izmantoja oglekļa dioksīdu kā terminālo akceptoru enerģijas metabolismā (dzīvniekiem un augiem šo lomu spēlē ieelpots skābeklis).
Izveidotie filoģenētiskie koki neļāva izdalīt LUCA raksturīgās olbaltumvielas, kas bija iesaistītas olbaltumvielu veidojošo aminoskābju un nukleozīdu, kas veido DNS un RNS, sintēzē. Neskatoties uz to, universālais sencis varēja būt izveidojies no tiem komponentiem, kas izveidojās agrīnajai Zemei raksturīgo spontāno ķīmisko procesu rezultātā.
Interesanti, ka vācu biologu rezultāti ir pretrunā ar 2008. gadā publicētajiem franču zinātnieku secinājumiem. Viņi sīpolu attiecināja uz organismiem, kuri dod priekšroku mērenai temperatūrai (mazāk nekā 50 grādi pēc Celsija). Tika uzskatīts, ka LUCA nevar būt termofils, jo tā olbaltumvielas nav izturīgas pret augstām temperatūrām. Tajā pašā laikā baktēriju un arhaea senči varēja labi dzīvot ļoti karsētā vidē. Jaunajā darbā uzmanība tiek pievērsta nevis fermentu tūlītējai stabilitātei, bet gan tam, kādiem vides apstākļiem šie proteīni ir raksturīgi.
Aleksandrs Enikejevs