Spørgsmålet "hvordan præcist begyndte livet?" er et af de moderne videnskabers største mysterier. Mens de fleste forskere mener, at alle livsformer har udviklet sig fra en fælles primitiv, gammel mikroorganisme, slutter detaljerne der. Hvilke slags gener havde denne livsform, og hvor levede den? En ny undersøgelse offentliggjort i Nature Microbiology kaster lys over oprindelsen og udviklingen af denne gamle organisme.
Erfarne videnskabsmænd, der er interesseret i livets oprindelse, tackle dette problem normalt på to forskellige måder. En af dem er en bottom-up-tilgang, hvor de prøver at forestille sig, hvor længe siden livet begyndte, og derefter genskabe de vigtigste stadier af dens oprindelse i laboratoriet. En alternativ top-down tilgang er at analysere og "hugge" af moderne celler for at forenkle dem og udlede centrale trin i udviklingen af cellekompleksitet.
Computervidenskabsmænd, der forsøger at løse dette problem, udnytter de enorme mængder data, der er fremkommet som et resultat af revolutionen - DNA-sekventering. Det har oversvømmet forskere med information om organismernes genom fra bakterier til mennesker. De kan skjule information om DNA-sekvenserne for primitive celler - de første celler på planeten, der bruger den moderne genetiske kode - der er blevet sendt ned gennem milliarder af generationer.
Den "sidste universelle fælles stamfar" er hypotetisk en af de allerførste celler, hvorfra alt liv på Jorden stammede. Forholdet mellem denne forfader og moderne organismer visualiseres ofte som evolutionære træer, hvor de første kendte eksempler går tilbage til Charles Darwin.
DNA-sekventering giver et fremragende og meget kvantitativt mål for genetisk forbindelse, der gennemsyrer al biologi. Næsten alle organismer på planeten bruger den samme kode for fire baser A, C, G og T. Derfor kunne det i princippet bruges til at opbygge evolutionære træer i alt liv. Vi ved, at visse gener eksisterede i daggry af cellulært liv og blev arvet af alle efterfølgende livsformer. I løbet af fire milliarder år er kopier af for eksempel et lille 16S rRNA-gen gradvist ændret i løbet af tilfældige mutationer i individuelle linjer, der førte til forskellige livsformer. Det følger heraf, at hver af dem har en karakteristisk sekvens, som vil være ens i nyudviklede organismer, men mere og mere forskellige i stambog.der blev vist tidligere på det evolutionære segment.
De første analyser af disse”universelle” DNA-sekvenser, der blev udført for ca. 30 år siden, førte til betydelige ændringer i vores vurdering af livets mangfoldighed på Jorden, og især mangfoldigheden af encellede organismer uden kerner (prokaryoter). De udpegede også et helt nyt domæne i det prokaryote liv, som nu kaldes archaea.
Salgsfremmende video:
Forsøg på at udvikle virkelig universelle træer, der vil bestemme oprindelsen af alle moderne celler fra deres sidste universelle forfædre, er blevet begrænset af en række tekniske problemer. Et problem er det store antal grupper, der er adskilt fra hinanden helt fra starten af livet. Hvad mere er, bakterier kan også udveksle gener med hinanden, hvilket gør det sværere at bestemme deres oprindelse.
Brint spisere?
I den nye undersøgelse anvendte forskerne en smart, banebrydende metode til at organisere sekventerede prokaryote gener i familier. Derefter kiggede de efter ligheder og mønstre på tværs af alle bakteriegrupper og fandt et lille sæt gener, der var til stede i både archaea og bakterier. Forskere var i stand til at vise, at disse gener sandsynligvis blev arvet direkte fra en fælles stamfar og ikke blev opnået gennem udveksling.
Dette resultat er signifikant, fordi det identificerer de specifikke grupper af bakterier (clostridia) og archaea (methanogener), der bærer tidlige versioner af disse gener, og indikerer, at de er meget gamle og kan svare til de allerførste organismer, der gav anledning til separate linjer af bakterier. og archaea.
Vigtigere er det, at arten af generne, der overlevede, fortæller en forbløffende historie om miljøet, hvor deres sidste forfader boede - herunder hvordan han modtog energi. Forskning viser, at verden beboet af disse organismer for fire milliarder år siden var meget forskellig fra vores. Der var intet tilgængeligt ilt i det, men hvis du tror på generne, modtog den fælles forfader energi fra brint, som tilsyneladende blev produceret ved jordskorpens geokemiske aktivitet. "Inerte" gasser, inklusive kuldioxid og nitrogen, udgjorde de grundlæggende byggesten til produktion af alle cellulære strukturer. Jern var tilgængelig i overflod, og manglen på ilt gjorde det ikke til uopløselig rust, så dette element blev brugt af enzymer i den første celle. Flere af generne antages at have været involveret i tilpasning til høje temperaturer,hvilket antyder andet: organismer udvikles i et hydrotermisk miljø - svarende til moderne hydrotermiske ventilationsåbninger eller varme kilder, hvor bakterier stadig lever med glæde.
Desværre kan vi uden en tidsmaskine ikke verificere disse resultater direkte. Men sådan information er af stor interesse, især for forskere, der prøver at genskabe formerne for det primitive liv. Det er skræmmende at tro, at vores første forfædre (de allerførste) klarede sig uden ilt.
Ilya Khel