Vprašanje "kako točno se je začelo življenje?" je ena največjih skrivnosti sodobne znanosti. Medtem ko večina znanstvenikov meni, da so se vse življenjske oblike razvile iz skupnega primitivnega starodavnega mikroorganizma, se tu podrobnosti končajo. Kakšne gene je imela ta oblika življenja in kje je živela? Nova študija, objavljena v Nature Microbiology, osvetljuje nastanek in razvoj tega starodavnega organizma.
Izkušeni znanstveniki, ki jih zanima izvor življenja, se tega problema lotijo na dva različna načina. Eden od njih je pristop od spodaj navzgor, kjer si poskušajo predstavljati, kako dolgo se je življenje začelo, nato pa v laboratoriju poustvarjajo glavne faze svojega nastanka. Nadomestni pristop od zgoraj navzdol je analizirati in odsekati sodobne celice, da bi jih poenostavili in izvedli ključne korake v razvoju celovite zapletenosti.
Računalniki, ki poskušajo rešiti to vprašanje, izkoriščajo ogromno podatkov, ki so se pojavili kot posledica revolucije - zaporedja DNK. Znanstvenike je preplavila z informacijami o genomih organizmov, od bakterij do ljudi. Morda skrivajo podatke o zaporedjih DNK primitivnih celic - prvih celic na planetu, ki so uporabile sodobni genetski zapis -, ki so jih prenašali skozi milijarde generacij.
"Zadnji univerzalni skupni prednik" je hipotetično ena prvih celic, iz katerih izvira vse življenje na Zemlji. Odnos med tem prednikom in sodobnimi organizmi se pogosto predstavlja kot evolucijska drevesa, katerih prvi znani primeri segajo v Charlesa Darwina.
Sekvenciranje DNK zagotavlja odlično in zelo kvantitativno merilo genske povezanosti, ki prežema vso biologijo. Skoraj vsi organizmi na planetu uporabljajo isto kodo iz štirih baz A, C, G in T. Zato bi ga načeloma lahko uporabljali za gradnjo evolucijskih dreves vsega življenja. Vemo, da so določeni geni obstajali na zori celičnega življenja in so jih podedovali vse nadaljnje življenjske oblike. V štirih milijardah let so se kopije na primer enega majhnega gena 16S rRNA postopoma spreminjale med naključnimi mutacijami v posameznih rodovih, ki so privedle do različnih življenjskih oblik. Iz tega sledi, da ima vsak od njih značilno zaporedje, ki bo podobno pri novo razvitih organizmih, v rodovnikih pa vedno bolj drugačno.ki so se pojavile prej na evolucijskem segmentu.
Prve analize teh "univerzalnih" sekvenc DNK, izvedene pred približno 30 leti, so privedle do pomembnih sprememb v naši oceni raznolikosti življenja na Zemlji, predvsem pa do raznolikosti enoceličnih organizmov brez jeder (prokariotov). Identificirali so tudi povsem novo področje prokariotskega življenja, ki se danes imenuje arhee.
Promocijski video:
Poskusi razvoja resnično univerzalnih dreves, ki bodo določila izvor vseh sodobnih celic od njihovih zadnjih univerzalnih prednikov, so bili omejeni s številnimi tehničnimi težavami. Ena težava je veliko število skupin, ki so se od samega začetka življenja ločile med seboj. Poleg tega lahko bakterije izmenjujejo gene med seboj, kar otežuje določitev njihovega izvora.
Jedilniki vodika?
V novi raziskavi so raziskovalci uporabili pametno, vrhunsko metodo za organiziranje sekvenciranih prokariotskih genov v družine. Nato so iskali podobnosti in vzorce v vseh skupinah bakterij in našli majhen nabor genov, ki so bili prisotni tako v arhejah kot v bakterijah. Znanstveniki so lahko pokazali, da so ti geni najverjetneje podedovani neposredno od skupnega prednika in niso bili pridobljeni z izmenjavo.
Ta rezultat je pomemben, ker opredeljuje posebne skupine bakterij (klostridij) in arhej (metanogenov), ki nosijo zgodnje različice teh genov, in nakazuje, da so zelo starodavni in so lahko podobni zelo prvim organizmom, ki so privedli do nastanka ločenih rodov bakterij in arheje.
Še pomembneje pa je, da narava preživelih genov pove neverjetno zgodbo o okolju, v katerem je živel njihov zadnji prednik - tudi o tem, kako je prejemal energijo. Raziskave kažejo, da se je svet, naseljen s temi organizmi pred štirimi milijardami let, zelo razlikoval od našega. V njem ni bilo razpoložljivega kisika, toda če verjamete genom, je običajni prednik energijo dobil iz vodika, ki ga je menda proizvedla geokemična aktivnost zemeljske skorje. "Inertni" plini, vključno z ogljikovim dioksidom in dušikom, so bili osnovni gradniki za proizvodnjo vseh celičnih struktur. Železo je bilo na voljo v izobilju, pomanjkanje kisika pa ga ni spremenilo v netopno rjo, zato so ta element uporabili encimi v prvi celici. Verjame se, da je več genov sodelovalo pri prilagajanju na visoke temperature,kar nakazuje drugače: organizmi so se razvili v hidrotermalnem okolju - podobno kot sodobni hidrotermalni zračniki ali vroči vrelci, kjer bakterije še vedno živijo z veseljem.
Na žalost brez časovnega stroja teh rezultatov ne moremo neposredno preveriti. Toda takšne informacije so zelo zanimive, zlasti za znanstvenike, ki poskušajo poustvariti oblike primitivnega življenja. Strašljivo je misliti, da so naši prvi predniki (že prvi) počeli brez kisika.
Ilya Khel