Bioloogid on endiselt hädas Maakera elu päritolu mõistatusega. On vaja mõista, kuidas primitiivsed bakterid ja muud eluvormid tekkisid. Eellasorganismist on vähe teada, kuid genoomika võimaldab meil teada saada kõige iidsematest olenditest, kes asustasid maailma selle olemasolu alguses. "Lenta.ru" räägib ajakirjas Nature ilmunud artiklist, milles autorid üritavad vastata küsimusele, kes oli LUCA (viimane universaalne ühine esivanem). Luca on kõigi tänapäevaste organismide universaalne ühine esivanem.
Veel polnud elu kolme valdkonda (superriiki) - baktereid, arhaea ja eukarüoote, kuid ta oli juba olemas. See organism on vaheline lüli varase Maa elutu keskkonna ja esimeste mikroobide vahel, mis elasid kivimites 3,8-3,5 miljardit aastat tagasi. Pole teada, milline Luke välja nägi ja millistes tingimustes ta elas. Teadlased, nagu detektiivid, on selle põhijooned tükkhaaval rekonstrueerinud. Lähtusime järgmisest põhimõttest: kuna Luukas on kõigi elusorganismide esiisa, tähendab see, et nad pärisid temalt mõned jooned. Igale elusolendile omaste bioloogiliste omaduste põhjal on bioloogid loonud Luke portree: üherakuline organism, mis sarnaneb bakteriga.
Saksa teadlaste uus uuring võimaldas selgitada universaalse esivanema sisemist korraldust. Teadlased on kindlaks teinud, millised geenid võivad sisaldada Luke'i DNA-d. Selleks kasutasid nad fülogeneetilist lähenemist ehk teisisõnu analüüsisid Maa eri elutüüpide evolutsioonilisi suhteid. Seda tehti järgmisel viisil. Olles kindlaks teinud, milliseid valke prokarüootne genoom kodeerib, valisid bioloogid välja need, mis vastasid mitmele kriteeriumile. Esiteks peab valk olema nii bakterite kui ka arhaea kõrgemates taksonites. Teiseks, kui me konstrueerime fülogeneetilise puu - diagrammi, mis kajastab evolutsioonilisi suhteid -, siis peaksid seda valku omavad bakterid ja arhaea moodustama monofületilise rühma, see tähendab, et neil on ühine esivanem. Viimane tingimus suurendab tõenäosust, et need samad valgud olid ka Luukas,ja temast anti edasi järeltulijatele.
Kokku analüüsiti enam kui kuut miljonit valku kodeerivat geeni, mis esinevad 1847 bakteri- ja 134 arheoloogilises genoomis. Kokku moodustasid teadlased 286 514 rühma (kobarat), millest vaid umbes 11 tuhat sisaldasid bakteri- ja arheoloogilisi valke. Kui fülogeneetilisi puid ehitati ja valgurühmi testiti monofülleetilise põhimõtte järgi, oli alles 335 kobarat, mis vastasid algtingimustele. Bioloogide sõnul olid kõik lõppproovis olevad valgud LUCA genoomis. Tuleb märkida, et need kriteeriumid ei välista horisontaalset geeniülekannet. Nii võis valk, mis ilmus varakult bakterites, siseneda Arheasse ja levida kõigi domeenide esindajate vahel, ehkki seda polnud Luke kehas kunagi olemas.
Biolooge huvitasid geenid, mis moodustavad elusorganismide rakkudes "infosüdamiku". Me räägime 19 ribosoomide sünteesis osalevast valgust, aga ka kaheksast ensüümist, millel on suur roll transport-RNA moodustamisel (nad viivad aminohapped valgu molekulide ehituskohtadesse).
Mustad suitsetajad
Reklaamvideo:
Foto: NOAA / Vikipeedia
Luka rekonstrueeritud genoom viitab sellele, et tegemist oli anaeroobse (hapnikuvabale keskkonnale kohandatud) olendiga, kes sai eluks vajaliku energia kemosünteesi tagajärjel - mineraalide oksüdeerivad keemilised reaktsioonid. Ilmselt elas universaalne esivanem hüdrotermiliste õhuavade lähedal, nagu mustad suitsetajad. Seda näitab güraaside võimalik esinemine selles - termofiilsete (termofiilsete) organismide suhtes spetsiifilised ensüümid. Ka LUCA-s olid tõenäoliselt ensüümid, mis võimaldavad kemosünteesi, milles süsinikdioksiid on ainus süsinikuallikas. Üldiselt võiks see organism energiat saada sellistest gaasidest nagu vesinik, süsinikdioksiid ja lämmastik.
Mõned ensüümid sisaldavad raud-väävli (FeS) klastrid, mis on kofaktorimolekulide rühm, mis seonduvad spetsiifiliselt valkudega ja määravad nende katalüütilise aktiivsuse. See näitab, et Luke elas raudrikas keskkonnas. On kindlaks tehtud veel üks suhkru metabolismil osalevate valkude rühm: glükosülaasid ja hüdrolaasid. Need ensüümid tänapäevastes rakkudes on olulised rakuseina sünteesiks, mis võib viidata primitiivse rakuseina olemasolule LUCA-s.
Suur prismaatiline kevad on tüüpiline arheoloogia elupaik
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Teadlaste leiud kinnitavad mitmeid olulisi teese. Muistse ainevahetuse pärandiks on FeS-klastrid, aga ka siirdemetallid kofaktorite koostises. Esimesed elusorganismid tekkisid hüdrotermilistes õhuavades. Veekeskkonna piiril toimuvad keemilised reaktsioonid ja kivised kivimid lõid tingimused elu tekkimiseks. Bakterite ja arhaea esimesed esindajad olid autotroofid, sõltudes vesinikust ja kasutades energiavahetuses terminaalse aktseptorina süsinikdioksiidi (loomadel ja taimedel mängib seda rolli sissehingatud hapnik).
Konstrueeritud fülogeneetilised puud ei võimaldanud tuvastada LUCA-le iseloomulikke valke, mis osalesid valke moodustavate aminohapete ja nukleosiide, mis moodustavad DNA ja RNA, sünteesis. Sellegipoolest võis universaalne esivanem moodustuda nendest komponentidest, mis tekkisid varasele Maale iseloomulike spontaansete keemiliste protsesside tagajärjel.
Huvitav on see, et Saksa bioloogide tulemused on vastuolus Prantsuse teadlaste 2008. aastal avaldatud järeldustega. Nad omistasid sibula organismidele, kes eelistavad mõõdukat temperatuuri (alla 50 kraadi Celsiuse järgi). Arvati, et LUCA ei saa olla termofiil, kuna selle valgud ei olnud kõrgete temperatuuride suhtes vastupidavad. Samal ajal võisid bakterite ja arhaea esivanemad elada väga kuumutatud keskkonnas. Uus töö pöörab tähelepanu mitte ensüümide vahetule stabiilsusele, vaid sellele, millistele keskkonnatingimustele need valgud on iseloomulikud.
Aleksander Enikejev
