Въпросът "как точно започна животът?" е една от най-големите загадки на съвременната наука. Докато повечето учени смятат, че всички форми на живот са се развили от общ примитивен древен микроорганизъм, детайлите свършват дотук. Какви гени притежаваше тази форма на живот и къде живее? Ново проучване, публикувано в Nature Microbiology, хвърля светлина върху произхода и развитието на този древен организъм.
Опитните учени, които се интересуват от произхода на живота, обикновено се справят с този проблем по два различни начина. Един от тях е подходът отдолу нагоре, където се опитват да си представят колко отдавна е започнал животът, а след това пресъздават основните етапи от неговия произход в лабораторията. Алтернативен подход отгоре надолу е да се анализират и „отсичат“съвременните клетки, за да се опростят и да се изведат ключови стъпки в развитието на клетъчната сложност.
Компютърните учени, които се опитват да разрешат този проблем, експлоатират огромните количества данни, които са се появили в резултат на революцията - секвенцирането на ДНК. Той е залял учените с информация за геномите на организмите, от бактериите до хората. Те могат да скрият информация за ДНК последователностите на примитивните клетки - първите клетки на планетата, използващи съвременния генетичен код - които са били предадени през милиарди поколения.
„Последният универсален общ прародител“е хипотетично една от първите клетки, от които произхожда целият живот на Земята. Връзката между този прародител и съвременните организми често се визуализира като еволюционни дървета, първите известни примери за които датират от Чарлз Дарвин.
ДНК последователността осигурява отлична и високо количествена мярка за генетична свързаност, която прониква в цялата биология. Почти всички организми на планетата използват един и същ код от четири бази A, C, G и T. Следователно, по принцип, може да се използва за изграждане на еволюционни дървета от целия живот. Знаем, че определени гени са съществували в зората на клетъчния живот и са били наследени от всички следващи форми на живот. В продължение на четири милиарда години, копия на един малък ген 16S rRNA, например, постепенно се променят в хода на случайни мутации в отделни линии, водещи до различни форми на живот. От това следва, че всеки от тях има характерна последователност, която ще бъде сходна при новоразвитите организми, но все по-различна в родословията.които се появиха по-рано в еволюционния сегмент.
Първите анализи на тези „универсални“ДНК последователности, извършени преди около 30 години, доведоха до значителни промени в нашата оценка за многообразието на живота на Земята и по-специално за многообразието на едноклетъчните организми без ядра (прокариоти). Те също така откроиха съвсем нова област на прокариотичния живот, която сега се нарича архея.
Промоционално видео:
Опитите за разработване на наистина универсални дървета, които ще определят произхода на всички съвременни клетки от последните им универсални предци, бяха ограничени от редица технически проблеми. Един от проблемите е големият брой групи, които са се отделили една от друга от самото начало на живота. Нещо повече, бактериите също могат да обменят гени помежду си, което затруднява определянето на произхода им.
Водородни ядещи?
В новото проучване изследователите използват умен, съвременен метод за организиране на секвенирани прокариотни гени в семейства. След това потърсиха сходства и модели във всички бактериални групи и откриха малък набор от гени, които присъстват както в археите, така и в бактериите. Учените успяха да покажат, че тези гени най-вероятно са наследени директно от общ прародител и не са получени чрез обмен.
Този резултат е значителен, тъй като идентифицира специфичните групи бактерии (клостридии) и археи (метаногени), които носят ранни версии на тези гени, и показва, че те са много древни и могат да бъдат подобни на първите организми, които са породили отделни линии от бактерии. и архея.
По-важното е, че природата на оцелелите гени разказва невероятна история за средата, в която е живял последният им прадед - включително как той е получавал енергия. Изследванията показват, че светът, обитаван от тези организми преди четири милиарда години, е много различен от нашия. В него нямаше наличен кислород, но ако вярвате на гените, общият прародител е получавал енергия от водород, произведен, очевидно, от геохимичната активност на земната кора. "Инертните" газове, включително въглероден диоксид и азот, осигуряват основните градивни елементи за производството на всички клетъчни структури. Желязото се предлагаше в изобилие, а липсата на кислород не го превърна в неразтворима ръжда, така че този елемент беше използван от ензимите в първата клетка. Смята се, че няколко от гените са участвали в адаптирането към високи температури, т.е.което предполага друго: организмите са се развили в хидротермална среда - подобно на съвременните хидротермални отвори или горещи извори, където бактериите все още живеят с удоволствие.
За съжаление, без машина на времето не можем пряко да потвърдим тези резултати. Но такава информация представлява голям интерес, особено за учените, които се опитват да пресъздадат формите на примитивния живот. Страшно е да мислим, че нашите първи предци (най-първите) са се справяли без кислород.
Иля Кел