یک کد ژنتیکی، یک نیای واحد
تمام حیات روی زمین از یک نیای واحد سرچشمه گرفته است، و اکنون میدانیم آن چه بوده است؛ سیستمهای زنده به تصادف علاقه ندارند یک الفبای ژنتیکی واحد، ماشینآلات یکسان ساخت پروتئین و یک واحد پول انرژی جهانی، چیزی فراتر از شانس هستند.
دکتر ادموند مودی، نویسنده ارشد از دانشگاه بریستول، توضیح داد: «تاریخچه تکاملی ژنها به دلیل تبادل آنها بین دودمانها پیچیده است.» تیم او هزاران ژنوم را غربال کرد تا ببیند ابزار مشترک تا چه زمانی قدمت دارد “ما باید از مدلهای تکاملی پیچیده برای آشتی دادن تاریخچه تکاملی ژنها با تبارشناسی گونهها استفاده کنیم”
محققان با اجازه دادن به دادهها، نه محدودیتهای سختگیرانه، برای تعیین اینکه کدام ویژگیها متعلق به LUCA بوده است، به حدود 2600 ژن رسیدند تقریباً به اندازه ژنهایی که یک باکتری مدرن معمولی حمل میکند.
دکتر تام ویلیامز، یکی از نویسندگان این مقاله، خاطرنشان کرد: «یکی از مزایای واقعی در اینجا، استفاده از رویکرد آشتی درخت گونه درخت ژن برای چنین مجموعه دادههای متنوعی است که نشان دهنده دامنههای اصلی حیات، آرکئا و باکتریها است. این به ما امکان میدهد با اطمینان و ارزیابی آن سطح اطمینان در مورد نحوه زندگی LUCA صحبت کنیم.»
ابزار توسعه LUCA
برآوردهای قبلی از یک طرح 80 ژنی تا کتابخانههایی با بیش از 1500 خانواده متغیر بود. نظریه به روز شده LUCA را چیزی جز یک شبح ژنتیکی ترسیم میکند درون آن 2600 طرح، پمپهای غشایی، گروههای ترمیم DNA و تمام مواد لازم برای لیپیدهای ساده وجود دارد. بهتر از آن، این ذخیره شامل مسیر وود لیونگدال، یک حلقه شیمیایی منظم است که دی اکسید کربن را به هیدروژن متصل میکند، استات تولید میکند و در این فرآیند انرژی قابل استفاده آزاد میکند.
چنین تمهیداتی به یک سلول خودکفا اشاره دارد که بدون کمک خارجی رشد میکند. این تصویر ایدههای قدیمیتر را به چالش میکشد که حیات اولیه یک مسافر ساده بود که به دنبال زمینشناسی به سوی پیچیدگی پیش میرفت در عوض، به نظر میرسد LUCA توانمند، سازگار و آماده امتحان کردن ترفندهای جدید در لحظهای بوده که سیاره به اندازه کافی خنک شده تا آب مایع را در خود نگه دارد.
شیمی دریچههای هیدروترمال
این مطالعه با ردیابی تغییرات ژنی در طول تاریخ زمین، قدمت LUCA را حدود 4.2 میلیارد سال پیش، تنها چند صد میلیون سال پس از شکلگیری خود زمین، تخمین میزند دکتر ساندرا آلوارز-کارترو گفت: «ما انتظار نداشتیم LUCA اینقدر قدیمی باشد، تنها در چند صد میلیون سال پس از تشکیل زمین. با این حال، نتایج ما با دیدگاههای مدرن در مورد قابلیت سکونت زمین اولیه مطابقت دارد.»
در آن زمان، برخورد سیارکها و فوران آتشفشانها به طور منظم پوسته زمین را زیر و رو میکرد. با این حال، دریچههای هیدروترمال کف دریا احتمالاً واحات گرم و غنی از فلز را ارائه میدادند مواد معدنی آهن، نیکل و گوگرد میتوانستند واکنشهای دقیقی را که در ژنوم LUCA نوشته شده بود، هدایت کنند مسیر وود لیونگدال، که هنوز توسط برخی از میکروبهای امروزی استفاده میشود، به خوبی در آن محیط قرار میگیرد و شیمی دریچه را به غذا و سوخت تبدیل میکند.
آرامش LUCA کوتاه مدت بود
پروفسور داویده پیسانی گفت: «مطالعه ما نشان داد که LUCA یک موجود پیچیده بود، نه چندان متفاوت از پروکاریوتهای مدرن. نکته واقعاً جالب این است که به وضوح یک سیستم ایمنی اولیه داشت، و نشان میدهد که حتی 4.2 میلیارد سال پیش، جد ما در حال حاضر در یک مسابقه تسلیحاتی با ویروسها درگیر بوده است.»
ژنهای مشابه دفاعهای CRISPR امروزی نشان میدهند که شکارچیان ویروسی تقریباً به محض ظهور سلولها ظاهر شدند این مبارزه دائمی مهم است. حملات ویروسی میتوانند ژنها را بین میزبانها سریعتر از جهش تصادفی به تنهایی جابجا کنند فشار برای فرار از عفونت، میکروبها را مجبور به نوآوری میکند، و به طور بالقوه اختراع آنزیمها، مسیرها و حتی سبکهای زندگی متابولیکی کاملاً جدید را تسریع میکند که دودمانهای بعدی به ارث میبرند.
میکروبهایی که با LUCA فضا را به اشتراک میگذاشتند
واضح است که LUCA از محیط خود بهرهبرداری و آن را تغییر میداد، اما بعید است که به تنهایی زندگی کرده باشد تیم لنتون از دانشگاه اکستر مشاهده کرد: «ضایعات آن میتوانست غذای سایر میکروبها، مانند متانوژنها، باشد که به ایجاد یک اکوسیستم بازیافتی کمک میکردند.»
در دریچههای هیدروترمال مدرن، تولیدکنندگان استات و تولیدکنندگان متان باقیماندهها را مبادله میکنند و شیمی محلی را هموار و جریانهای انرژی را تثبیت میکنند همین داد و ستد میتواند توضیح دهد که چگونه زمین اولیه کربن و هیدروژن را مدتها قبل از ظهور فتوسنتز به گردش در میآورد جوامع دریچههای هیدروترمال با به هم پیوند دادن ضایعات و منابع، ممکن است نوسانات شدید دما و اسیدیته را تعدیل کرده و جایگاههای جدیدی را برای موج بعدی آزمایشهای تکاملی باز کرده باشند.
چرا LUCA مهم است؟
پروفسور آنجا اسپانگ، یکی از نویسندگان این مقاله از موسسه سلطنتی تحقیقات دریایی هلند، گفت: «یافتهها و روشهای به کار رفته در این کار، مطالعات آینده را نیز که با جزئیات بیشتری به تکامل بعدی پروکاریوتها در پرتو تاریخ زمین، از جمله آرکئاهای کمتر مورد مطالعه با نمایندگان متانوژنیک آنها، میپردازند، آگاه خواهد کرد.»
پروفسور فیلیپ دونوگه بر ماهیت بین رشتهای این کار تاکید کرد و گفت که دادهها و تکنیکها را از زمینههای مختلف گرد هم آورده است او توضیح داد که این رویکرد مشارکتی امکان کشف بینشهایی در مورد زمین اولیه و منشاء حیات را فراهم کرده است که هیچ رشتهای به تنهایی قادر به آشکار ساختن آنها نبوده است.
او همچنین به سرعت ریشهدواندن اکوسیستمها در سیاره اولیه اشاره کرد مشاهدهای که دریچهای به این احتمال میگشاید که حیات ممکن است در سایر جهانهای مشابه زمین در کیهان شکوفا شود دونوگه نتیجه گرفت: “این نشان میدهد که حیات ممکن است در زیستکرههای مشابه زمین در جاهای دیگر کیهان شکوفا شود”.
بعد چه اتفاقی میافتد؟
به طور خلاصه، هر ژنومی که از گل و لای اقیانوس یا پوسته بیابان بیرون کشیده میشود، یک قطعه پازل به تصویر LUCA اضافه میکند با سریعتر و ارزانتر شدن فناوری توالییابی، دانشمندان به جستجوی خانوادههای ژنی باستانی، اصلاح طرح اجدادی و کشف فسیلهای ویروسی اولیه پنهان در DNA میکروبی ادامه خواهند داد.
ماموریتهای حفاری جدید با هدف قرار دادن دریچههای کف دریا دستنخورده میتواند جوامعی را آشکار کند که سبک زندگی آنها بازتاب دهنده آن ریسکهای بیوشیمیایی اولیه است و پیوندهای بین زمینشناسی و ژنتیک را محکمتر میکند.
خط داستانی هنوز در حال آشکار شدن است، اما یک نکته از قبل محکم است: حیات با احتیاط وارد صحنه نشد. بلکه با تمام ابزار، آماده مبارزه با ویروسها و مشتاق تغییر شکل محیط اطراف خود، با سرعت وارد عمل شد و هر موجود زندهای امروزی نشانهای از آن جرقه چهار میلیارد ساله را با خود حمل میکند.
بیشتر بدانیم: سنگ آسمانی، بذر حیات؛ راز پیدایش زندگی در دل یک برخورد
لینک منبع: earth
نظرات کاربران