Spørsmålet "hvordan nøyaktig begynte livet?" er et av de største mysteriene i moderne vitenskap. Mens de fleste forskere mener at alle livsformer utviklet seg fra en vanlig primitiv gammel mikroorganisme, slutter detaljene der. Hva slags gener hadde denne livsformen, og hvor bodde den? En ny studie publisert i Nature Microbiology kaster lys over opprinnelsen og utviklingen til denne eldgamle organismen.
Erfarne forskere som er interessert i livets opprinnelse takler dette problemet vanligvis på to forskjellige måter. En av dem er en bottom-up-tilnærming, der de prøver å forestille seg hvor lenge siden livet begynte, og deretter gjenskape hovedstadiene med opprinnelse i laboratoriet. En alternativ ovenfra og ned-tilnærming er å analysere og "hakke" av moderne celler for å forenkle dem og utlede viktige trinn i utviklingen av cellekompleksitet.
Dataforskere som prøver å løse dette problemet, utnytter de enorme datamengdene som har dukket opp som et resultat av revolusjonen - DNA-sekvensering. Det har oversvømmet forskere med informasjon om genomene til organismer, fra bakterier til mennesker. De kan skjule informasjon om DNA-sekvensene til primitive celler - de første cellene på planeten som bruker den moderne genetiske koden - som har blitt sendt ned gjennom milliarder av generasjoner.
Den "siste universelle stamfar" er hypotetisk en av de aller første cellene som alt liv på jorden stammer fra. Forholdet mellom denne forfaren og moderne organismer blir ofte visualisert som evolusjonære trær, de første kjente eksemplene på dateres tilbake til Charles Darwin.
DNA-sekvensering gir et utmerket og svært kvantitativt mål for genetisk tilkobling som gjennomsyrer all biologi. Nesten alle organismer på planeten bruker den samme koden for fire baser A, C, G og T. Derfor kunne det i prinsippet brukes til å bygge evolusjonære trær av alt liv. Vi vet at visse gener eksisterte i begynnelsen av cellulivet og ble arvet av alle påfølgende livsformer. I løpet av fire milliarder år har kopier av for eksempel ett lite 16S rRNA-gen gradvis endret seg i løpet av tilfeldige mutasjoner i individuelle linjer som har ført til forskjellige livsformer. Det følger at hver av dem har en karakteristisk sekvens, som vil være lik i nyutviklede organismer, men mer og mer forskjellige i stamtavler.som dukket opp tidligere på det evolusjonære segmentet.
De første analysene av disse "universelle" DNA-sekvensene, utført for omtrent 30 år siden, førte til betydelige endringer i vår vurdering av mangfoldet av liv på jorden, og spesielt mangfoldet av encellede organismer uten kjerner (prokaryoter). De tegnet også ut et helt nytt domene i prokaryotisk liv, som nå kalles archaea.
Salgsfremmende video:
Forsøk på å utvikle virkelig universelle trær som vil bestemme opprinnelsen til alle moderne celler fra deres siste universelle forfedre har vært begrenset av en rekke tekniske problemer. Et problem er det store antallet grupper som har skilt seg fra hverandre helt fra begynnelsen av livet. Dessuten kan bakterier også utveksle gener med hverandre, noe som gjør det vanskeligere å bestemme deres opprinnelse.
Hydrogenspisere?
I den nye studien brukte forskerne en smart, banebrytende metode for å organisere sekvenserte prokaryote gener i familier. Så lette de etter likheter og mønstre på tvers av alle bakteriegrupper og fant et lite sett med gener som var til stede i både archaea og bakterier. Forskere kunne vise at disse genene mest sannsynlig ble arvet direkte fra en felles stamfar og ikke ble oppnådd gjennom utveksling.
Dette resultatet er betydelig fordi det identifiserer de spesifikke gruppene av bakterier (clostridia) og archaea (metanogener) som har tidlige versjoner av disse genene, og indikerer at de er veldig eldgamle og kan være lik de aller første organismer som førte til fremveksten av separate linjer av bakterier og archaea.
Enda viktigere, arten av genene som overlevde, forteller en fantastisk historie om miljøet der deres siste stamfar bodde - inkludert hvordan han fikk energi. Forskning viser at verden bebodd av disse organismer for fire milliarder år siden var veldig forskjellig fra vår. Det var ikke tilgjengelig oksygen i det, men hvis du tror genene, mottok den felles stamfar energi fra hydrogen, tilsynelatende produsert av den geokjemiske aktiviteten til jordskorpen. "Inerte" gasser, inkludert karbondioksid og nitrogen, ga de grunnleggende byggesteinene for produksjon av alle cellulære strukturer. Jern var tilgjengelig i overflod, og mangelen på oksygen gjorde det ikke til uoppløselig rust, så dette elementet ble brukt av enzymer i den første cellen. Flere av genene antas å ha vært involvert i å tilpasse seg høye temperaturer,noe som antyder noe annet: organismer utviklet seg i et hydrotermisk miljø - lik moderne hydrotermiske ventilasjonsåpninger eller varme kilder, hvor bakterier fremdeles lever med glede.
Uten en tidsmaskin kan vi dessverre ikke bekrefte disse resultatene direkte. Men slik informasjon er av stor interesse, spesielt for forskere som prøver å gjenskape formene for det primitive livet. Det er skummelt å tro at de første forfedrene våre (de aller første) klarte seg uten oksygen.
Ilya Khel
