Otázka „jak přesně začal život?“je jedním z největších tajemství moderní vědy. Zatímco většina vědců věří, že všechny formy života se vyvinuly ze společného primitivního prastarého mikroorganismu, detaily zde končí. Jaké geny tato forma života měla a kde žila? Nová studie publikovaná v časopisu Nature Microbiology vrhá světlo na původ a vývoj tohoto starodávného organismu.
Zkušení vědci zajímající se o původ života obvykle řeší tento problém dvěma různými způsoby. Jedním z nich je přístup zdola nahoru, kde se snaží představit si, jak dávno život začal, a poté znovu vytvoří hlavní fáze svého vzniku v laboratoři. Alternativní přístup shora dolů je analyzovat a „sekat“moderní buňky, aby se zjednodušily a odvodily klíčové kroky ve vývoji buněčné složitosti.
Počítačoví vědci, kteří se snaží tento problém vyřešit, využívají obrovské množství dat, která se objevila v důsledku revoluce - sekvenování DNA. Zaplavilo vědce informacemi o genomech organismů, od bakterií po člověka. Mohou skrýt informace o sekvencích DNA primitivních buněk - prvních buňkách na planetě, které používají moderní genetický kód - které byly předány miliardami generací.
„Poslední univerzální společný předek“je hypoteticky jednou z prvních buněk, z nichž pochází veškerý život na Zemi. Vztah mezi tímto předkem a moderními organismy je často představován jako evoluční stromy, jejichž první známé příklady pocházejí z Charlese Darwina.
Sekvenování DNA poskytuje vynikající a vysoce kvantitativní měřítko genetické konektivity, které prostupuje celou biologií. Téměř všechny organismy na planetě používají stejný kód čtyř bází A, C, G a T. Proto by v zásadě mohl být použit k vytváření evolučních stromů celého života. Víme, že určité geny existovaly na úsvitu buněčného života a byly zděděny všemi následnými formami života. Například za čtyři miliardy let se kopie jednoho malého genu 16S rRNA postupně změnily v průběhu náhodných mutací v jednotlivých liniích, které vedly k různým formám života. Z toho vyplývá, že každý z nich má charakteristickou sekvenci, která bude podobná u nově vyvinutých organismů, ale stále více se liší v rodokmenech.který se objevil dříve v evolučním segmentu.
První analýzy těchto „univerzálních“sekvencí DNA, které byly provedeny přibližně před 30 lety, vedly k významným změnám v našem hodnocení rozmanitosti života na Zemi, a zejména rozmanitosti jednobuněčných organismů bez jader (prokaryoty). Vybrali také celou novou doménu prokaryotického života, která se nyní nazývá archaea.
Propagační video:
Pokusy vyvinout skutečně univerzální stromy, které budou určovat původ všech moderních buněk od jejich posledních univerzálních předků, byly omezeny řadou technických problémů. Jedním problémem je velké množství skupin, které se od samého začátku života od sebe oddělily. A co víc, bakterie si mohou mezi sebou vyměňovat geny, což ztěžuje určení jejich původu.
Příjemci vodíku?
V nové studii vědci použili chytrou, špičkovou metodu k uspořádání sekvenovaných prokaryotických genů do rodin. Pak hledali podobnosti a vzorce napříč všemi bakteriálními skupinami a našli malou sadu genů, které byly přítomny jak v archaea, tak v bakteriích. Vědci dokázali ukázat, že tyto geny byly s největší pravděpodobností zděděny přímo od společného předka a nebyly získány výměnou.
Tento výsledek je významný, protože identifikuje specifické skupiny bakterií (clostridia) a archaea (methanogeny), které nesou rané verze těchto genů, a naznačuje, že jsou velmi staré a mohou být podobné úplně prvním organismům, které vedly ke vzniku samostatných linií bakterií a archaea.
Ještě důležitější je, že povaha genů, které přežily, vypráví úžasný příběh o prostředí, ve kterém žil jejich předchůdce - včetně toho, jak dostal energii. Výzkum ukazuje, že svět obývaný těmito organismy před čtyřmi miliardami let byl velmi odlišný od našeho. V tom nebyl žádný dostupný kyslík, ale pokud věříte genům, obyčejný předek obdržel energii z vodíku, produkovanou zřejmě geochemickou aktivitou zemské kůry. "Inertní" plyny, včetně oxidu uhličitého a dusíku, poskytovaly základní stavební kameny pro výrobu všech buněčných struktur. Železo bylo hojně dostupné a nedostatek kyslíku ho nezměnil v nerozpustnou rez, takže tento prvek byl použit enzymy v první buňce. Předpokládá se, že několik genů se podílelo na adaptaci na vysoké teploty,což naznačuje jinak: organismy se vyvíjely v hydrotermálním prostředí - podobné moderním hydrotermálním průduchům nebo horkým pramenům, kde bakterie stále žijí s potěšením.
Bohužel bez časového stroje nemůžeme tyto výsledky přímo ověřit. Tyto informace jsou však velmi zajímavé, zejména pro vědce, kteří se snaží znovu vytvořit formy primitivního života. Je děsivé si myslet, že naši první předci (úplně první) se bez kyslíku dostali.
Ilya Khel