Soalan "bagaimana sebenarnya kehidupan bermula?" adalah salah satu misteri sains moden yang paling hebat. Walaupun kebanyakan saintis percaya bahawa semua bentuk kehidupan berkembang dari mikroorganisma purba yang biasa, butirannya berakhir di sana. Jenis gen apa yang dimiliki oleh kehidupan ini dan di mana ia hidup? Satu kajian baru yang diterbitkan dalam Nature Microbiology menjelaskan asal usul dan perkembangan organisma kuno ini.
Saintis berpengalaman yang berminat dengan asal usul kehidupan biasanya mengatasi masalah ini dengan dua cara yang berbeza. Salah satunya adalah pendekatan dari bawah ke atas, di mana mereka cuba membayangkan berapa lama kehidupan bermula, dan kemudian mencipta semula tahap-tahap utama asal usulnya di makmal. Pendekatan top-down alternatif adalah menganalisis dan "memotong" sel-sel moden untuk mempermudahnya dan menyimpulkan langkah-langkah penting dalam evolusi kerumitan sel.
Para saintis komputer yang berusaha menyelesaikan masalah ini mengeksploitasi sejumlah besar data yang muncul sebagai hasil revolusi - penjujukan DNA. Ia telah membanjiri para saintis dengan maklumat mengenai genom organisma, dari bakteria hingga manusia. Mereka mungkin menyembunyikan maklumat mengenai urutan DNA sel primitif - sel pertama di planet ini yang menggunakan kod genetik moden - yang telah diturunkan melalui berbilion generasi.
"Nenek moyang umum sejagat terakhir" adalah hipotetis salah satu sel pertama dari mana semua kehidupan di Bumi berasal. Hubungan antara nenek moyang ini dan organisma moden sering digambarkan sebagai pokok evolusi, contoh pertama yang diketahui berasal dari Charles Darwin.
Penjujukan DNA menyediakan ukuran penyambungan genetik yang sangat baik dan sangat kuantitatif yang meresap semua biologi. Hampir semua organisma di planet ini menggunakan kod empat asas A, C, G dan T yang sama. Oleh itu, pada prinsipnya, ia dapat digunakan untuk membangun pohon evolusi dari semua kehidupan. Kita tahu bahawa gen tertentu wujud pada awal kehidupan sel dan diwarisi oleh semua bentuk kehidupan berikutnya. Lebih dari empat bilion tahun, salinan satu gen 16S rRNA kecil, misalnya, secara beransur-ansur berubah dalam proses mutasi rawak dalam keturunan individu yang membawa kepada bentuk kehidupan yang berbeza. Ini menunjukkan bahawa masing-masing mempunyai urutan ciri, yang akan serupa pada organisma yang baru dikembangkan, tetapi lebih banyak dan lebih berbeza pada silsilah.yang muncul lebih awal pada segmen evolusi.
Analisis pertama dari urutan DNA "universal" ini, yang dilakukan kira-kira 30 tahun yang lalu, membawa kepada perubahan yang signifikan dalam penilaian kami mengenai kepelbagaian kehidupan di Bumi, dan terutama kepelbagaian organisma uniselular tanpa inti (prokariota). Mereka juga memilih domain baru kehidupan prokariotik, yang sekarang disebut archaea.
Video promosi:
Percubaan untuk mengembangkan pokok sejati yang akan menentukan asal-usul semua sel moden dari nenek moyang sejagat terakhir mereka telah dibatasi oleh sejumlah masalah teknikal. Satu masalah adalah sebilangan besar kumpulan yang telah terpisah antara satu sama lain dari awal kehidupan. Lebih-lebih lagi, bakteria juga dapat bertukar gen antara satu sama lain, menjadikannya lebih sukar untuk menentukan asal usulnya.
Pemakan hidrogen?
Dalam kajian baru itu, para penyelidik menggunakan kaedah canggih dan pintar untuk mengatur gen prokariotik yang disusun mengikut keluarga. Kemudian mereka mencari persamaan dan corak di semua kumpulan bakteria dan menemui sekumpulan kecil gen yang terdapat di archaea dan bakteria. Para saintis dapat menunjukkan bahawa gen ini kemungkinan besar diwarisi secara langsung dari nenek moyang yang sama dan tidak diperoleh melalui pertukaran.
Hasil ini penting kerana mengenal pasti kumpulan bakteria tertentu (clostridia) dan archaea (metanogen) yang membawa versi awal gen ini, dan menunjukkan bahawa ia sangat kuno dan mungkin serupa dengan organisma pertama yang menyebabkan munculnya garis keturunan bakteria yang terpisah dan archaea.
Lebih penting lagi, sifat gen yang terselamat menceritakan kisah luar biasa mengenai persekitaran di mana nenek moyang terakhir mereka tinggal - termasuk bagaimana dia menerima tenaga. Penyelidikan menunjukkan bahawa dunia yang dihuni oleh organisma ini empat bilion tahun yang lalu sangat berbeza dengan dunia kita. Tidak ada oksigen yang ada di dalamnya, tetapi jika anda mempercayai gen, nenek moyang bersama mendapat tenaga dari hidrogen, yang dihasilkan, nampaknya, oleh aktiviti geokimia kerak bumi. Gas "lengai", termasuk karbon dioksida dan nitrogen, menyediakan blok asas untuk pengeluaran semua struktur selular. Besi tersedia dengan banyak, dan kekurangan oksigen tidak mengubahnya menjadi karat yang tidak larut, jadi elemen ini digunakan oleh enzim pada sel pertama. Beberapa gen dipercayai terlibat dalam menyesuaikan diri dengan suhu tinggi,yang menunjukkan sebaliknya: organisma berkembang dalam persekitaran hidrotermal - serupa dengan saluran hidrotermal moden atau mata air panas, di mana bakteria masih hidup dengan senang hati.
Sayangnya, tanpa mesin masa, kami tidak dapat mengesahkan hasil ini secara langsung. Tetapi maklumat seperti itu sangat menarik, terutama bagi para saintis yang berusaha mencipta semula bentuk kehidupan primitif. Adalah menakutkan untuk berfikir bahawa nenek moyang pertama kita (yang pertama) melakukan tanpa oksigen.
Ilya Khel
