Küsimus "kuidas täpselt elu algas?" on moodsa teaduse üks suurimaid saladusi. Kui enamik teadlasi usub, et kõik eluvormid arenesid välja ühisest ürgsest iidsest mikroorganismist, lõpevad üksikasjad sellega. Milliseid geene see eluvorm valdas ja kus ta elas? Ajakirjas Nature Microbiology avaldatud uus uuring heidab valgust selle iidse organismi päritolule ja arengule.
Elukohast huvitatud kogenud teadlased tegelevad selle probleemiga tavaliselt kahel erineval viisil. Üks neist on alt üles suunatud lähenemisviis, kus nad proovivad ette kujutada, kui kaua elu algas, ja seejärel laboratooriumis taasloomise alguse peamised etapid läbi vaadata. Alternatiivne ülalt-alla lähenemisviis on kaasaegsete rakkude analüüsimine ja "tükeldamine", et neid lihtsustada ja tuletada lahtri keerukuse põhietapid.
Arvutiteadlased, kes üritavad seda küsimust lahendada, kasutavad ära tohutul hulgal andmeid, mis on tekkinud revolutsiooni tagajärjel - DNA sekveneerimine. See on teadlasi üle ujutanud teavet organismide genoomide kohta, alates bakteritest kuni inimesteni. Need võivad sisaldada teavet primitiivsete rakkude DNA järjestuste kohta - need on planeedi esimesed rakud, mis kasutavad tänapäevast geneetilist koodi -, mida on edasi antud miljardite põlvkondade jooksul.
"Viimane universaalne ühine esivanem" on hüpoteetiliselt üks esimesi rakke, kust kogu Maakera elu alguse sai. Selle esivanema ja tänapäevaste organismide suhet visualiseeritakse sageli evolutsioonipuudena, mille esimesed teadaolevad näited pärinevad Charles Darwinist.
DNA järjestamine annab suurepärase ja väga kvantitatiivse mõõtme geneetilisest ühendusest, mis läbib kogu bioloogiat. Peaaegu kõik planeedi organismid kasutavad sama koodi, mis koosneb neljast alusest A, C, G ja T. Seetõttu võiks seda põhimõtteliselt kasutada kogu elu evolutsioonipuude ehitamiseks. Me teame, et teatud geenid eksisteerisid rakuelu koidikul ja olid päritud kõigi järgnevate eluvormide poolt. Nelja miljardi aasta jooksul on näiteks ühe väikese 16S rRNA geeni koopiad järk-järgult muutunud juhuslike mutatsioonide käigus individuaalsetes liinides, mis on viinud erinevatele eluvormidele. Sellest järeldub, et kõigil neist on iseloomulik järjestus, mis on hiljuti arenenud organismides sarnane, kuid sugupuudes üha erinev.mis ilmusid evolutsioonilises segmendis varem.
Nende “universaalsete” DNA järjestuste esimesed analüüsid, mis viidi läbi umbes 30 aastat tagasi, viisid oluliste muutusteni meie hinnangul Maa elu mitmekesisusele ja eriti tuumadeta (ühekarvuliste) ilma üherakuliste organismide mitmekesisusele. Samuti tuvastasid nad prokarüootse elu täiesti uue valdkonna, mida nüüd nimetatakse arhaeaks.
Reklaamvideo:
Katsed välja töötada tõeliselt universaalsed puud, mis määravad kindlaks kõigi tänapäevaste rakkude päritolu nende viimastest universaalsetest esivanematest, on piiratud paljude tehniliste probleemidega. Üks probleem on suur hulk rühmi, kes on elu algusest peale üksteisest eraldunud. Veelgi enam, bakterid võivad ka üksteisega geene vahetada, muutes nende päritolu kindlaksmääramise keerukamaks.
Vesiniku sööjad?
Uues uuringus kasutasid teadlased nutikat ja tipptasemel meetodit järjestatud prokarüootsete geenide peredesse jaotamiseks. Siis otsisid nad kõikides bakterirühmades sarnasusi ja mustreid ning leidsid väikese komplekti geene, mis olid olemas nii arhajas kui ka bakterites. Teadlased suutsid näidata, et need geenid pärinesid tõenäoliselt otse ühiselt esivanemalt ja neid ei saadud vahetuse teel.
See tulemus on märkimisväärne, kuna see tuvastab konkreetsed bakterirühmad (klostriidid) ja arhaea (metanogeenid), mis kannavad nende geenide varasemaid versioone, ning näitab, et need on väga iidsed ja võivad sarnaneda esimeste organismidega, mis viisid eraldi bakteriliikide tekkeni ja arhaea.
Veelgi olulisem on see, et säilinud geenide olemus räägib hämmastava loo keskkonnast, milles nende viimane esivanem elas - sealhulgas ka selle kohta, kuidas ta energiat võttis. Uuringud näitavad, et nende organismide poolt neli miljardit aastat tagasi asustatud maailm erines meie omast väga. Selles polnud saadaval hapnikku, kuid kui uskuda geene, sai ühine esivanem energiat vesinikust, mille tekitas ilmselt maapõue geokeemiline aktiivsus. Inertsed gaasid, sealhulgas süsinikdioksiid ja lämmastik, olid põhilisteks ehitusplokkideks kõigi rakustruktuuride tootmisel. Raud oli saadaval rohkesti ja hapniku puudus ei muutnud seda lahustumatuks roosteks, mistõttu seda elementi kasutasid ensüümid esimeses rakus. Arvatakse, et mitmed geenid on seotud kõrgete temperatuuridega kohanemisel,mis soovitab teisiti: organismid arenesid hüdrotermilises keskkonnas - sarnaselt tänapäevaste hüdrotermiliste õhuavade või kuumaveeallikatega, kus bakterid elavad endiselt mõnuga.
Kahjuks ei saa me ilma ajamasinata neid tulemusi otseselt kontrollida. Kuid selline teave pakub suurt huvi, eriti teadlastele, kes üritavad ürgse elu vorme uuesti luua. Hirmutav on mõelda, et meie esimesed esivanemad (päris esimesed) said hapnikuta hakkama.
Ilja Khel
