Ahli biologi masih bergelut dengan misteri asal usul kehidupan di Bumi. Adalah perlu untuk memahami bagaimana bakteria primitif dan bentuk kehidupan lain berasal. Tidak banyak yang diketahui mengenai organisma nenek moyang, tetapi genomik membolehkan kita mengetahui sesuatu tentang makhluk paling kuno yang menghuni dunia pada awal kewujudannya. "Lenta.ru" menceritakan tentang sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Nature, di mana para pengarang berusaha untuk menjawab pertanyaan mengenai siapa LUCA (nenek moyang umum sejagat terakhir), Luca adalah nenek moyang sejagat semua organisma moden.
Belum ada tiga domain kehidupan (kerajaan super) - bakteria, archaea dan eukariota, tetapi ia sudah ada. Organisme ini adalah penghubung antara antara persekitaran mati Bumi awal dan mikroba pertama yang hidup di batuan 3.8-3.5 bilion tahun yang lalu. Tidak diketahui seperti apa Lukas dan bagaimana keadaannya. Para saintis, seperti detektif, telah membina semula ciri-ciri asasnya secara berasingan. Kami meneruskan prinsip berikut: kerana Lukas adalah nenek moyang semua organisma hidup, itu bermaksud bahawa mereka mewarisi beberapa sifat darinya. Berdasarkan ciri-ciri biologi yang ada pada setiap makhluk hidup, ahli biologi telah membuat potret Luke: organisma bersel tunggal yang menyerupai bakteria.
Kajian baru oleh saintis Jerman memungkinkan untuk menjelaskan organisasi dalaman nenek moyang sejagat. Para saintis telah menentukan gen mana yang termasuk DNA Luke. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pendekatan filogenetik, dengan kata lain, menganalisis hubungan evolusi antara pelbagai jenis kehidupan di Bumi. Ini dilakukan dengan cara berikut. Setelah menentukan protein mana yang dikodkan oleh genom prokariotik, ahli biologi memilih yang memenuhi beberapa kriteria. Pertama, protein mesti terdapat di taksa yang lebih tinggi dari kedua-dua bakteria dan archaea. Kedua, jika kita membina pokok filogenetik - gambarajah yang mencerminkan hubungan evolusi - maka bakteria dan archaea yang memiliki protein ini harus membentuk kumpulan monofletik, iaitu, mempunyai nenek moyang yang sama. Keadaan terakhir meningkatkan kemungkinan protein yang sama terdapat dalam Lukas,dan daripadanya diturunkan kepada keturunan.
Secara keseluruhan, lebih daripada enam juta gen pengekodan protein dianalisis dan terdapat dalam 1.847 genom bakteria dan 134 arkeologi. Dari jumlah itu, para saintis membentuk 286 514 kumpulan (kelompok), di mana hanya sekitar 11 ribu yang mengandungi protein bakteria dan archaeal. Semasa pokok filogenetik dibina dan kumpulan protein diuji untuk mengikuti prinsip monofitik, hanya 335 kelompok yang memenuhi syarat awal. Semua protein dalam sampel akhir, menurut ahli biologi, terdapat dalam genom LUCA. Harus diingat bahawa kriteria ini tidak mengecualikan kemungkinan pemindahan gen mendatar. Oleh itu, protein yang pertama kali muncul pada bakteria awal dapat memasuki archaea dan menyebar di antara wakil dari setiap domain, walaupun tidak pernah ada di dalam tubuh Luke.
Ahli biologi berminat dengan gen yang membentuk "inti maklumat" dalam sel-sel organisma hidup. Kita bercakap mengenai 19 protein yang terlibat dalam sintesis ribosom, serta lapan enzim yang memainkan peranan utama dalam pembentukan RNA pengangkutan (mereka memindahkan asid amino ke lokasi pembinaan molekul protein).
Perokok hitam
Video promosi:
Foto: NOAA / Wikipedia
Genom Luka yang direkonstruksi menunjukkan bahawa ia adalah makhluk anaerobik (disesuaikan dengan persekitaran bebas oksigen) yang menerima tenaga yang diperlukan untuk hidup akibat kemosintesis - reaksi kimia yang mengoksidakan mineral. Nampaknya, nenek moyang sejagat tinggal berhampiran lubang hidroterma, seperti perokok hitam. Ini ditunjukkan oleh kemungkinan adanya gyrase di dalamnya - enzim khusus untuk organisma termofilik (termofilik). Juga di LUCA, kemungkinan besar, terdapat enzim yang memungkinkan terjadinya kemosintesis, di mana karbon dioksida adalah satu-satunya sumber karbon. Secara umum, organisma ini dapat menerima tenaga dari gas seperti hidrogen, karbon dioksida dan nitrogen.
Sebilangan enzim mengandungi gugus besi-sulfur (FeS), yang merupakan sekumpulan molekul kofaktor yang secara khusus mengikat protein dan menentukan aktiviti pemangkinnya. Ini menunjukkan bahawa Luke tinggal di persekitaran yang kaya dengan besi. Kumpulan protein lain yang terlibat dalam metabolisme gula telah dikenal pasti: glikosilase dan hidrolase. Enzim-enzim dalam sel moden ini penting untuk sintesis dinding sel, yang mungkin menunjukkan adanya dinding sel primitif dalam LUCA.
The Great Prismatic Spring adalah habitat khas Archaean
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Hasil kajian penyelidik mengesahkan beberapa tesis penting. Kelompok FeS, serta logam peralihan dalam komposisi kofaktor, adalah warisan metabolisme kuno. Organisma hidup pertama muncul di lubang hidrotermal. Reaksi kimia yang berlaku di sempadan persekitaran akuatik dan batu karang mewujudkan keadaan untuk munculnya kehidupan. Wakil pertama bakteria dan archaea adalah autotrof, bergantung pada hidrogen dan menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor terminal dalam metabolisme tenaga (pada haiwan dan tumbuhan, peranan ini dimainkan oleh oksigen yang dihirup).
Pohon filogenetik yang dibina tidak memungkinkan untuk mengasingkan ciri protein LUCA, yang terlibat dalam sintesis asid amino yang membentuk protein dan nukleosida yang membentuk DNA dan RNA. Walaupun begitu, nenek moyang sejagat dapat terbentuk dari komponen-komponen yang terbentuk sebagai hasil proses kimia spontan dari awal Bumi.
Menariknya, hasil kajian ahli biologi Jerman bertentangan dengan penemuan saintis Perancis yang diterbitkan pada tahun 2008. Mereka mengaitkan bawang dengan organisma yang lebih suka suhu sederhana (kurang dari 50 darjah Celsius). Dipercayai bahawa LUCA tidak boleh menjadi termofil kerana fakta bahawa proteinnya tidak tahan terhadap suhu tinggi. Pada masa yang sama, nenek moyang bakteria dan archaea dapat hidup di persekitaran yang sangat panas. Karya baru ini memberi perhatian bukan kepada kestabilan enzim secara langsung, tetapi kepada keadaan persekitaran yang menjadi ciri protein ini.
Alexander Enikeev
