НОВИНИ


КОЙ Е МИСТЕРИОЗНИЯТ РОДОНАЧАЛНИК НА ЦЕЛИЯ ЖИВОТ НА ЗЕМЯТА
06.08.2016

ЛУКА вероятно се е хранел с водород и минерали от подводните вулкани. Снимка: NOAA Pmel EOI Program

Нови открития предполагат, че животът вероятно произхожда от негостоприемната среда на дълбоководните "черни пушачи".
 
През последните няколко години ДНК анализът позволи на изследователите да преначертаят дървото на живота в невероятни детайли, но винаги въпросът кой стои в основата на дървото остана. Наистина, малко е вероятно изследователите някога да намерят точният вид, от който започна всичко това. Но наскоро излезе в списание Nature Microbiology едно доста добро описание на LUCA (last universal common ancestor), ЛУКА - последният универсален общ прародител на всички земни същества. Животът, какъвто го познаваме в момента е разделен на шест царства: растения, животни, гъби, протисти, еубактерии и археи. Първите четири принадлежат на една империя организми, чиито клетки имат ядро, в което се съхранява генетичният материал. Другите две царства, еубактерии и археи, са едноклетъчни организми без обособено ядро. Всички те са се развили от едноклетъчен прародител, който е живял преди около 4 милиарда години, когато нашата планета е била млада. Този организъм е междинна връзка между неживата природа на ранната Земя и първите микроби, разказва Smithsonian magazine. И въпреки че са минали милиарди години еволюция, следите на LUCA все още са видими в гените на съвременните организми. Ето защо Уилям Мартин (William Martin), еволюционен биолог в Университета Хайнрих Хайне в Дюселдорф, Германия, търси отпечатъка на LUCA в гените на бактерии и археи, от които по-късно се развиват еукариотите - организмите с клетки с ядро, към които принадлежим и ние. Новото проучване на немските учени позволи да се уточни вътрешната организация на универсалния ни прародител. Учените са установили кои гени може да включва ДНК-та на LUCA. Филогенетичното дърво Проследяването на гени в бактерии е особено сложно, тъй като те могат да си разменят генетичен материал в процес, наречен хоризонталния пренос на гени, така че е трудно да се различи дали едноклетъчният организъм е получил гена от прародител или го е взел от друг вид, съобщава Робърт Сървис (Robert F. Service) в Science. Затова Мартин и неговият екип приемат един по-строг подход за идентифицирането на гените, които е вероятно да са наследени. Вместо да търсят гени, споделени от един-единствен вид бактерии и археи, те търсят такива, споделени от най-малко два вида бактерии и две археи, което индикатор, че генът вероятно е наследен и не е резултат от хоризонтално прехвърляне. Изследователите анализират еволюционните връзки между различните форми на живот на Земята. След като установяват кои протеини се кодират от генома на прокариотите (бактерии и археи), учените избират тези, които отговарят на няколко критерия. На първо място, протеинът трябва да присъства както у бактерии, така и в археи. Второ, ако се изгради филогенетичното дърво (диаграма, показваща еволюционните връзки), то бактериите и археите, които имат имат един и същ протеин, образуват монофилетична група, т.е. имат общ предшественик. Това условие увеличава вероятността, че същите тези протеини, присъстващи в LUCA и от него са се прехвърлили към потомството.
 


Анализирани са около 6 милиона гени, кодиращи протеини и присъстващи в геномите на 1847 бактерии и 134 археи. От тях учените оформят 286514 групи (клъстери), от които само около 11 000 съдържат протеини на бактерии и археи. Когато построили филогенетичните дървета и проверили протеиновите групи дали следват монофилетичния принцип, останали само 335 клъстера, които отговарят на първоначалните условия.

Тези 355 генни групи са широко разпространени във всички съвременни организми, което означава, че вероятно са гени, предадени от LUCA.

Биолозите обръщат внимание на тези гени, които съставят ключовата информация в клетките на живите организми. Това са около 19 протеина, участващи в синтеза на рибозомите и 8 ензима, които играят важна роля в образуването на транспортната РНК - те пренасят аминокиселините до мястото на на изграждането на протеиновите молекули.

Запознайте се с ЛУКА

Тези гени отразяват вероятния метаболизъм на LUCA. Реконструираният геном на LUCA показва, че той е бил анаеробен, т.е. живял е в среда, лишена от кислород, който е нужен за повечето клетки днес. Той е получал енергия от хемосинтеза - химически реакции, които окисляват минерали.

Това е в съгласие с това, което учените знаят за Земята преди 4 милиарда години. Това е период скоро след формирането на планетата, когато тя непрекъснато е бомбандирана от метеорити и комети, моретата периодично са били близо до точката на кипене, а в атмосферата е нямало кислород. Изследването на тези гени показва също, че LUCA почти сигурно е бил топлолюбив, "термофил". Вероятно е използвал за енергия газове като водород (H2 ). Днес много микроби произвеждат Н2 . Но тъй като LUCA ги предхожда, би трябвало да е използвал геоложки източник на водород като хидротермалните одушници(наричани още "черни пушачи") в близост до подводни вулкани.

Някои от ензимите съдържат желязо-серни клъстери, което показва, че LUCA е живял в среда, богата на желязо. Получена и една друга група протеини, участващи в метаболизма на захарите: гликозилаза и хидролаза. Тези ензими отговарят в съвременните клетки за синтеза на клетъчните стени, което показва, че LUCA е имал примитивна клетъчна стена.
 

(в ляво) Methanopyrus kandleri - расте при 80-100о C , под 2 000 m около "черните комини" в Калифорнийския залив.
(в дясно) Methanosarcina acetivorans - анаеробни метаногени, образуващи многоклетъчни колонии в стомаха на чифтокопитни (крави, овце, кози) и в хора.
Снимка: MicrobeWiki

Джеймс Лейк (James Lake), еволюционен биолог в Университета на Калифорния, Лос Анджелис, нарича новата работа "забележителна" и "важна стъпка напред." Лейк също така отбелязва, че начинът на живот на LUCA съвпада с две групи съвременни микроби: Clostridium, род анаеробни бактерии, и метаногените (отелящи метан), група археи, които се хранят с водород. Така, въпреки че LUCA отдавна го няма, неговите най-близки роднини все още са около нас.
 
източник: nauka.offnews.bg

 


 
337284