Biologai vis dar kovoja su gyvybės Žemėje kilmės paslaptimi. Būtina suprasti, kaip atsirado primityvios bakterijos ir kitos gyvybės formos. Apie protėvių organizmą žinoma nedaug, tačiau genomika leidžia mums ką nors sužinoti apie pačius senovinius padarus, gyvenusius pasaulyje jo egzistavimo aušroje. „Lenta.ru“pasakoja apie straipsnį, išspausdintą žurnale „Nature“, kuriame autoriai bando atsakyti į klausimą, kas buvo LUCA (paskutinis universalus bendras protėvis), „Luca“yra universalus visų šiuolaikinių organizmų protėvis.
Dar nebuvo trijų gyvenimo sričių (super karalysčių) - bakterijų, archajų ir eukariotų, tačiau jis jau egzistavo. Šis organizmas yra tarpinis ryšys tarp negyvosios ankstyvosios žemės aplinkos ir pirmųjų mikrobų, kurie gyveno uolienose prieš 3,8–3,5 milijardo metų. Nežinia, kaip atrodė Lukas ir kokiomis sąlygomis jis gyveno. Mokslininkai, kaip ir detektyvai, po vieną rekonstravo pagrindines jo savybes. Mes rėmėmės tokiu principu: kadangi Lukas yra visų gyvųjų organizmų protėvis, tai reiškia, kad jie paveldėjo iš jo kai kuriuos bruožus. Remdamiesi biologinėmis savybėmis, būdingomis kiekvienai gyvai būtybei, biologai sukūrė Luko portretą: vienaląstis organizmas, primenantis bakteriją.
- „Salik.biz“
Naujas vokiečių mokslininkų tyrimas leido išsiaiškinti vidinę visuotinio protėvio organizaciją. Mokslininkai nustatė, kurie genai gali apimti Luko DNR. Norėdami tai padaryti, jie naudojo filogenetinį požiūrį, kitaip tariant, analizavo skirtingų žemės gyvenimo rūšių evoliucinius ryšius. Tai buvo padaryta tokiu būdu. Išsiaiškinę, kuriuos baltymus koduoja prokariotinis genomas, biologai atrinko tuos, kurie atitiko kelis kriterijus. Pirmiausia, baltymai turi būti aukštesniuose tiek bakterijų, tiek archajų taksonuose. Antra, jei sukonstruojame filogenetinį medį - diagramą, atspindinčią evoliucijos ryšius - tada bakterijos ir archaja, turinčios šį baltymą, turėtų sudaryti monofilinę grupę, tai yra, turėti bendrą protėvį. Pastaroji sąlyga padidina tikimybę, kad tų pačių baltymų buvo Luko,ir iš jo buvo perduota palikuonims.
Iš viso buvo išanalizuota daugiau kaip šeši milijonai genų, koduojančių baltymus, ir jie yra 1 487 bakterijų ir 134 archeologinių genomų. Iš viso mokslininkai sudarė 286 514 grupes (grupes), iš kurių tik apie 11 tūkstančių buvo bakterijų ir archeologinių baltymų. Kai filogenetiniai medžiai buvo pastatyti ir baltymų grupės buvo tiriamos pagal monofiletinį principą, liko tik 335 klasteriai, kurie atitiko pradines sąlygas. Visi galutiniame mėginyje esantys baltymai, biologų teigimu, buvo LUCA genome. Reikėtų pažymėti, kad šie kriterijai neatmeta horizontalaus genų perdavimo galimybės. Taigi baltymas, kuris pirmą kartą atsirado ankstyvosiose bakterijose, galėjo patekti į Archea ir pasklisti tarp kiekvieno domeno atstovų, nors Luko organizme jo niekada nebuvo.
Biologus domino genai, kurie sudaro „informacijos branduolį“gyvų organizmų ląstelėse. Mes kalbame apie 19 baltymų, dalyvaujančių ribosomų sintezėje, taip pat apie aštuonis fermentus, kurie vaidina svarbų vaidmenį formuojant transportinę RNR (jie perkelia aminorūgštis į baltymo molekulių konstravimo vietas).
Juodieji rūkaliai
Reklaminis vaizdo įrašas:
Nuotrauka: NOAA / Vikipedija
Luko rekonstruotas genomas leidžia manyti, kad tai buvo anaerobinis (pritaikytas anoksinei aplinkai) būtybė, kuri energiją, reikalingą gyvybei, gavo dėl chemosintezės - cheminių reakcijų, kurios oksiduoja mineralus. Matyt, universalus protėvis gyveno šalia hidroterminių angų, kaip ir juodieji rūkaliai. Tai rodo galimas girozių buvimas joje - fermentai, būdingi termofiliniams (termofiliniams) organizmams. Taip pat LUCA greičiausiai buvo fermentų, kurie įgalina chemosintezę, kuriuose anglies dioksidas yra vienintelis anglies šaltinis. Apskritai šis organizmas gali gauti energijos iš dujų, tokių kaip vandenilis, anglies dioksidas ir azotas.
Kai kuriuose fermentuose yra geležies sieros (FeS) klasteriai, kurie yra kofaktorių molekulių grupė, kuri specifiškai jungiasi prie baltymų ir nustato jų katalizinį aktyvumą. Tai rodo, kad Lukas gyveno geležies turinčioje aplinkoje. Nustatyta kita baltymų, dalyvaujančių cukraus metabolizme, grupė: glikozilazės ir hidrolazės. Šie fermentai šiuolaikinėse ląstelėse yra svarbūs ląstelės sienos sintezei, o tai gali reikšti primityvios ląstelės sienos buvimą LUCA.
Didysis prizminis pavasaris yra tipiška archeų buveinė
Nuotrauka: Jimas Urquhartas / „Reuters“
Tyrėjų išvados patvirtina keletą svarbių tezių. FeS klasteriai, taip pat pereinamieji metalai kofaktorių sudėtyje, yra senovės metabolizmo palikimas. Pirmieji gyvieji organizmai atsirado hidroterminėse angose. Vandens aplinkos pasienyje vykstančios cheminės reakcijos ir akmenuotos uolienos sudarė sąlygas atsirasti gyvybei. Pirmieji bakterijų ir archajų atstovai buvo autotrofai, priklausomi nuo vandenilio ir naudojantys anglies dioksidą kaip galutinį akceptorių energijos apykaitoje (gyvūnams ir augalams šį vaidmenį atlieka įkvepiamas deguonis).
Sukurti filogenetiniai medžiai neleido išskirti LUCA būdingų baltymų, kurie dalyvavo aminorūgščių, kurios sudaro baltymus, ir nukleozidų, sudarančių DNR ir RNR, sintezėje. Nepaisant to, universalus protėvis galėjo susiformuoti iš tų komponentų, kurie susidarė dėl spontaninių cheminių procesų, būdingų ankstyvajai Žemei.
Įdomu tai, kad vokiečių biologų rezultatai prieštarauja prancūzų mokslininkų išvadoms, paskelbtoms 2008 m. Jie priskyrė svogūnus organizmams, kurie teikia pirmenybę vidutinei temperatūrai (mažiau nei 50 laipsnių Celsijaus). Buvo manoma, kad LUCA negali būti termofilas dėl to, kad jos baltymai nebuvo atsparūs aukštai temperatūrai. Tuo pačiu metu bakterijų ir archajų protėviai galėjo gyventi labai įkaitintoje aplinkoje. Naujasis darbas atkreipia dėmesį ne į tiesioginį fermentų stabilumą, bet į tai, kokioms aplinkos sąlygoms šie baltymai būdingi.
Aleksandras Enikejevas