Kaip Galėjo Susiklostyti Senovės Gyvenimas

{h1}

Genominiai tyrimai nuosekliai rodo, kad visas gyvenimas žemėje yra susijęs, tačiau mūsų ankstyvieji protėviai galbūt nebuvo išsivystę taip, kaip mes dabar.

Šeimos medis vienija įvairialypę asmenų grupę, kuriai medyje yra genetinis palikimas iš vieno bendro protėvio. Bet ši organizacinė struktūra nutrūksta, jei genetinė informacija yra bendruomeninis šaltinis, o ne šeimos turėjimas.

Kai kurie įrodymai rodo, kad ankstyva evoliucija galėjo būti pagrįsta kolektyviniu genų pasidalinimu. Dabar tyrėjų grupė ieško aiškių genetinių šios protėvių liekanų.

Bet sunku sukrėsti mūsų susižavėjimą šeimos medžiais.

Mano tėvas dažnai keliavo darbo reikalais, o atvykęs į naują miestą jis atidarė telefonų knygą ir patikrino, ar nėra visų, išvardytų mūsų neįprastu pavarde. Retkarčiais jis gaudavo smūgį ir nedrąsiai skambindavo jiems paklausti: „Ar mes susiję?“

Atsakymas visada buvo „taip“, o bendras ryšys dažnai buvo mano prosenelis.

Kaip ir mano tėvui, biologams įdomu šeimos ryšiai, tačiau jie tai daro sistemingiau. Užuot telefonų knygas, jie perkelia genetinius kodus iš žmonių į bakterijas ir daug tarp jų. Pagrindinis klausimas yra toks: Ar paprastai turimi genai yra pakankamai panašūs, kad būtų galima nurodyti bendrą kilmę?

Atsakymas visada buvo „taip“. Tai reiškia, kad mes visi priklausome kažkokiam visuotiniam gyvenimo medžiui. O šio medžio gale, kaip kai kurie įsivaizduoja, yra švelnaus būdo mikrobas, kuris gyveno daugiau nei prieš 3 milijardus metų, nežinodamas, kad jo genai bus visos planetos vertos labai diferencijuoto gyvenimo atspirties taškas.

Tačiau šis organizmas, vadinamasis paskutinis universalus protėvis (arba LUCA), gali būti tik fantazija.

Nigelas Goldenfeldas iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign vadovauja naujai NASA Astrobiologijos instituto komandai, kurios tikslas yra suprasti, kaip evoliucija veikia prieš egzistuojant rūšims ar net genams.

Nigelas Goldenfeldas iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign vadovauja naujai NASA Astrobiologijos instituto komandai, kurios tikslas yra suprasti, kaip evoliucija veikia prieš egzistuojant rūšims ar net genams.

Kreditas: Lou McClellanas.

„Mūsų perspektyva yra tokia, kad gyvenimas atsirado iš kolektyvinės valstybės, todėl visiškai nėra akivaizdu, kad yra vienas protėvių organizmas“, - sakė Nigelas Goldenfeldas iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign mieste.

Organizmai, priklausantys šiai kolektyvinei valstybei, būtų pasidalinę genetine informacija iš kaimyno į kaimyną, o ne vien tik iš tėvų į palikuonis. Goldenfeldas vadovauja naujai NASA Astrobiologijos instituto (NAI) komandai, kurios tikslas yra aiškiau suprasti šį ankstyvąjį evoliucijos etapą.

„Mes tikimės rasti kolektyvinės būklės fosilijas organizmų genomuose“, - teigė A. Goldenfeldas.

Goldenfeldo komanda atliks genetinius tyrimus, kurie bandys išnaikinti bendruomenės evoliucijos ženklus. Jie papildys šią sritį ir laboratorinius darbus teoriniu modeliavimu ir kompiuteriniu modeliavimu.

„Pagrindinis tikslas yra suprasti, kaip mūsų planetos biochemija yra universaliųjų gyvenimo dėsnių išaiškinimas, tokiu būdu sprendžiant klausimą, ar gyvenimas yra neišvengiamas ir taip plačiai paplitęs fizikos dėsnių rezultatas“, - teigė A. Goldenfeldas.

Laikas prieš darvinizmą

Gali atrodyti keista, kad organizmo genetinis kodas gali būti „minios šaltinio“ rezultatas. Labiau esame susipažinę su tradiciniu dauginimu, kurį praktikuoja paukščiai ir bitės. [Gyvenimo kodas: iššifruota 10 gyvūnų genomų]

Vadovaudamasis vertikaliu genų perdavimu, organizmas paveldi savo genomą iš savo tėvų, tačiau jis negauna tikslios kopijos. Maži pakeitimai kodą įveda per reprodukcinį maišymą ir mutacijas. Šis Darvino žodžiais tariant, „kilimas su modifikacijomis“ ilgainiui leidžia vystytis mišrūninių organizmų (ar rūšių) populiacijai.

Jei kiekvienas DNR fragmentas buvo tik modifikacijos kilmės produktas, tada kiekvienas organizmas galėjo būti ant gyvybės medžio, kylančio iš vieno protėvio. Tačiau, kaip paaiškėja, „skirtingi genai grįžta pas skirtingus protėvius“, - teigė Peteris Gogartenas iš Konektikuto universiteto, kuris nuveikė daug lyginamosios genetikos.

Kaip tai įmanoma? Tai gali atsitikti, jei organizmai dalijasi genais. Įsivaizduokite geną, priklausantį konkretaus šeimos medžio nariams. Vieną dieną šis genas išsiskiria ir jį paima kitas organizmas, turintis skirtingą šeimos medį. Tarp partnerių reprodukcija nevyksta - tik tam tikro geno „įvaikinimas“.

Šis vadinamasis „horizontalusis genų perdavimas“ yra gana dažnas tarp bakterijų ir archajų, kaip pavyzdį rodo atsparumas antibiotikams. Kai konkreti bakterija sukuria gynybą nuo kokio nors vaisto, atitinkamas genas gali pereiti horizontaliai kitiems toje pačioje kolonijoje.

2008 m. Atliktame žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) atliktame tyrime nustatyta, kad praeityje 80 procentų bakterijų genų buvo perkelti horizontaliai.

Kompleksiniai organizmai taip pat turi horizontalaus (arba šoninio) genų perdavimo įrodymų, nors ir mažesniu mastu. Tyrėjai įrodė, kad senovės augalų ir gyvūnų protėviai „prarijo“ kitas bakterijas, kad sudarytų simbiotinius ryšius, kurie galiausiai sukėlė specializuotus ląstelių komponentus, tokius kaip mitochondrijos ir chloroplastai.

Savo darbe Gogartenas parodė, kad horizontalus genų perdavimas paverčia gyvybės medį storu šakų krūmu, susipynusiu tarpusavyje. Daugelis šių šakų seniai pasibaigė dėl išnykimo, tačiau kai kurie jų genai gyvena mumyse dėka horizontalaus genų perdavimo.

Keli tyrimai rodo, kad horizontalus genų perdavimas buvo labiau paplitęs praeityje, kai Žemėje negyveno nieko, išskyrus vienaląsčius organizmus.

„Man patinka galvoti apie ankstyvą gyvenimą kaip apie nediferencijuotą gleives“, - teigė Goldenfeldas. "Tokia bendruomeninė gyvenimo forma neturėtų reikšmingo giminės medžio, nes būtent bendruomenė yra skirtingos kilmės, o ne individualios organizacijos linijos." [[7 stebinančios gyvenimo kilmės teorijos]

Carlas Woese'as buvo vienas iš pirmųjų mokslininkų, pasiūliusių, kad ankstyvas gyvenimas labai priklauso nuo horizontalaus genų perdavimo.

Carlas Woese'as buvo vienas iš pirmųjų mokslininkų, pasiūliusių, kad ankstyvas gyvenimas labai priklauso nuo horizontalaus genų perdavimo.

Kreditas: Ilinojaus universitetas

Besivystanti evoliucija

Velionis Carlas Woese'as, „Goldenfeld“ kolega, buvo vienas iš pirmųjų mokslininkų, pasiūliusių, kad ankstyvasis gyvenimas labai priklauso nuo horizontalaus genų perdavimo. Vargas mirė praėjusių metų gruodį. Jis, ko gero, geriausiai įsimenamas klasifikuojant gyvenimą į dabar visuotinai priimtas bakterijų, eukariotų (augalų, gyvūnų, grybelių ir protistų) ir archajos sritis.

1987 m. Woese rašė apie siaučiančio horizontalaus genų perdavimo pasekmes. Pagal tokį scenarijų „bakterija iš tikrųjų neturėtų savo istorijos: tai būtų evoliucinė chimera“.

„Chimera“ yra padaro iš graikų mitologijos pavadinimas, kuriame buvo sumaišyti liūto, ožkos ir gyvatės bruožai. Šis hibridizavimas greičiausiai suteikė chimerai pranašumo prieš „konkurentus“.

2006 m. PNAS dokumente Kalin Vetsigian, Woese ir Goldenfeld parodė, kad mikrobų chimeros taip pat gali turėti pranašumą prieš savo biologinius kolegas. Tyrėjai panaudojo kompiuterinius modelius, kad įrodytų, jog genetinis kodas galėtų vystytis efektyviau, jei organizmai dalijasi savo genais bendrai. Horizontalus genų perdavimas pasirodė esąs geresnis „inovacijų pasidalinimo protokolas“ nei vertikalus (darvininis) perdavimas.

Dabar su savo NAI komanda Goldenfeldas nori patvirtinti šiuos modeliavimus genetiniais tyrimais. Tiksliau, jie bus nukreipti į archają, kurios genai dar turi būti atidžiai ištirti taip pat, kaip ir kitų sričių genai, sakė Goldenfeldas.

Grupę ypač domina klausimas, kaip iš pradžių vystėsi gebėjimas vystytis. „Evoliucijos raida“ skamba kaip vištienos ir kiaušinio problema - ypač jei manote, kaip daro Goldenfeldas, kad gyvenimas iš esmės yra kažkas galintis evoliucionuoti.

Tačiau evoliucijai gali būti naudojami skirtingi mechanizmai tam pačiam tikslui pasiekti. Goldenfeldo komanda bandys susigrąžinti kai kuriuos ankstesnius gyvenimo evoliucijos etapus, įtempdama ląsteles ir tada pamatydama, kaip jų genomai keičiasi reaguodami.

Visuotinė biologija

Tačiau DNR įrodymai yra tik vienas šio penkerių metų tyrimo projekto aspektas.

„Mes norime suprasti, kaip evoliucija veikia, kol nebuvo rūšių, o gal net genų“, - teigė Goldenfeldas. "Taigi tai peržengia„ rūšies kilmės "požiūrį į evoliuciją, pavyzdžiui, populiacijos genetiką."

Kaip tiriama evoliucija be genetikos? Galima manyti apie „žaidimo taisykles“, kurias genetinis kodas yra tik vienas iš pasireiškimų. Goldenfeldas tai vadina „universalia biologija“. Tai bandymas ištirti iš mūsų specifinės biochemijos bendruosius fizikinius dėsnius, kurie gyvina materiją.

Būdamas fizikas, Goldenfeldas pateikia termodinamikos pavyzdį. Gyvenimas turi atitikti energijos taupymą ir didėjančios entropijos dėsnį, o tai neabejotinai turės įtakos organizmų optimizuotam išteklių naudojimui.

Kitos taisyklės apima tai, kaip valdyti genomo kitimą iš kartos į kartą. Per mažai pokyčių, ir organizmai negali prisitaikyti prie aplinkos pokyčių. Per daug variacijų, ir organizmai negali išlaikyti naudingų bruožų.

Komanda gali sudėti įvairius taisyklių rinkinius į kompiuterinį modeliavimą ir pamatyti, koks yra dirbtinis gyvenimas. Goldenfeldas mano, kad formuluojant visuotinės biologijos principus gali būti lengviau atsakyti į vieną didžiausių klausimų.

"Mes norėtume geriau suprasti, kodėl gyvenimas apskritai egzistuoja". - pasakė Goldenfeldas. "Ar tai reiškinys, kuris turėtų būti bendras, pavyzdžiui, kristalinės kietosios medžiagos susidarymas, ar tai yra kažkas reto ir keisto?"

Tai ypač domina astrobiologai, kurie stebisi tikimybe, kad mes ne vieni. Jei galų gale gyvenimas bus rastas kitur, Goldenfeldas mano, kad turėsime keletą bendrų dalykų. [Marso atradimas kelia klausimą: kas yra gyvenimas?]

„Visuotinės biologijos principai turėtų būti taikomi visam gyvenimui, neatsižvelgiant į tai, ar tai pagrįsta anglies chemija, ar kažkas keista“, - sakė jis.

Kažkas nepažįstamo? Gerai, todėl galbūt tai reiškia, kad jų nebus telefonų knygoje.

Šią istoriją pateikė internetinis leidinys „Astrobiology Magazine“, remiamas NASA astrobiologijos programos.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Kodėl Saulės Energija Vis Dar Yra Išankstinio Apmokėjimo Sistema?
Kodėl Saulės Energija Vis Dar Yra Išankstinio Apmokėjimo Sistema?

Faktai Apie Neoną
Faktai Apie Neoną

Mokslas Naujienos


Robotai Tampa Švelni, Į Žmogų Panaši Oda
Robotai Tampa Švelni, Į Žmogų Panaši Oda

Faktai Apie Dronus (Infografika)
Faktai Apie Dronus (Infografika)

Clintonas Hartas Merriamas
Clintonas Hartas Merriamas

Seniausia Romos Šukuosena, Atkurta Pirmą Kartą
Seniausia Romos Šukuosena, Atkurta Pirmą Kartą

Kylantys Vandenys: Kaip Harvey Potvyniai Kelia Pavojų Sveikatai
Kylantys Vandenys: Kaip Harvey Potvyniai Kelia Pavojų Sveikatai


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com