Еволуција на животот Трикстер бактериите го тресат семејното стебло на животот - спектар на
Еволуција на животот: триктер-бактерии го тресат семејното стебло на животот
Во секоја добра митологија некој игра улога на измамник и измамник - и никој не влегува во тоа подобро од Локи, легендарната фигура на античкото нордиско небо. Локи секогаш предизвикува лутина и ги навредува колегите-богови. Тешко може да се праша, тој е анархичен и амбициозен. Тој е, и ова нè доведува до темата, совршен имењак за бактериската група на »Локиархеота«, која во моментов се подготвува за суштинско препишување на развојната историја на раниот живот на нашата земја.
Неостварливата Локиархеота спаѓа во подкатегорија на едноклеточни живи суштества наречена Археа. Под микроскоп овие можат да изгледаат како бактерии, но на некој начин тие се разликуваат исто толку јасно како и ние луѓето. Локиите, како што ги добија прекарот, први беа опишани со користење на ДНК секвенци изолирани од примероците на калливото дно во близина на Гренланд. Денес, заедно со неколку поврзани микроби, тие ги принудуваат биолозите повторно да одговорат на многу основно прашање за раниот развој на животот: појава на еукариоти, организми кои ги вклучуваат сите растенија, животни и габи.
Откривањето на археата кон крајот на 70-тите години на минатиот век го создаде поимот во истражувачкиот свет дека животот на земјата е поделен на три гранки или „домени“. Една гранка довела до тоа бактериите да живеат денес, втората до архејата и третата до сите еукариоти. Сепак, наскоро се разгореа жестоки дискусии за точната распределба на овие странични гранки на животот. Широко споделен модел на живот претпоставуваше дека еукариотите и археите потекнуваат од заеднички предок. Спротивно на тоа, натпреварувачкото училиште за пристап со „два домени“ претпостави дека линијата на еукариоти се разделила од голата странична гранка на археата.
Расправијата за тоа понекогаш беше жестока, но со текот на времето заспа, се сеќава Фил Хугенхолц од Универзитетот во Квинсленд во Бризбејн, Австралија. Тогаш Локис повторно го стимулираше „како нов налет на ветер“, вели Хугенхолц - и обезбеди враќање на тезата со две домени. Бидејќи: Новооткриената археа покажа генски низи кои дотогаш се сметаа за типична одлика на еукариотите. Покрај тоа, темелната анализа на нивната генетска шминка покажа дека еукариотите треба да припаѓаат во група со нив. Ако е тоа така, тогаш секоја форма на сложен живот - од зелената алга до синиот кит - во принцип всушност би припаѓала на групата археи.
Многу истражувачи сè уште се далеку од убедени во ова. Изготвувањето на семејните стебла е познато сложено и жестоко контроверзно поле на истражување. Покрај тоа, сепак, никој досега не бил во можност да ги чува соединенијата на Локи во лабораторијата, што драстично ги ограничува можностите за истрага. И така, горките расправии продолжуваат, со тоа што противниците се „крајно непријателски расположени“, резимира Хугенхолц: „Секој е стопроцентно сигурен дека спротивставената страна навистина не е во право за ниту една точка.“ Како претпазливост, некои повеќе не ја коментираат оваа тема за да не се ризикува да зачекори некој од доајенот на сцената.
Нешто основно е во прашање тука: подлабоко разбирање на еволутивниот скок што на крајот доведе до еукариотите. Па на крајот на краиштата, „најголемото нешто што се случило од почетокот на животот“, вели еволутивниот биолог Патрик Килинг од Универзитетот во Британска Колумбија во Ванкувер. Откривајќи го потеклото на еукариотите, тој смета дека е „едно од најосновните прашања за разбирање на биолошката разновидност во природата“. За да одговориме на нив, според Килинг, мора јасно да се утврди кој со кого е во роднинска врска.
Направете три од два
Пред половина век, науката уредно го подели животот на земјата во две категории: Од една страна имаше еукариоти - клеточни организми кои содржат и мембранозни внатрешни структури како што е клеточното јадро; а од друга страна прокариоти, кои како чисто едноклеточни организми генерално немаат внатрешни мембрани. Во тоа време, биологијата ги познаваше само бактериите како прокариоти.
Во 1977 година, еволутивниот биолог Карл Воез и неговите колеги тогаш ја опишаа археата како трета форма на живот, која очигледно се појави пред милијарди години. Според Воес, сите организми на земјата треба да се поделат во три, а не во две под-категории.
Тоа не помина без предизвик. На пример, еволутивниот биолог Jamesејмс Лејк на Универзитетот во Калифорнија во Лос Анџелес пропагирал во 80-тите години дека еукариотите и археите формираат сестринска група наречена „еоцити“, буквално „клетки од изгрејсонце (на време)“. Од оваа идеја, сценариото со два домени конечно се разви. Лејк и Воеси сега жестоко се бореа за нивните конкурентски модели, кои конечно кулминираа со долго-легендарен врескачки дуел во средината на 80-тите. После тоа, Воез „не сакаше повторно да го види Jimим Лејк“, се присетува микробиологот Патрик Фортере од Пастирскиот институт во Париз. Лејк ја потврдува сериозноста на аргументот: „Тоа беше навистина доста дебата, придружена со огромна политика“.
Карл Воес почина во 2012 година. Денес спорот околу потеклото на еукариотите е малку поцивилизиран. Од двете страни, многумина мислат дека еукариотите некако се појавиле во текот на таканаречената ендосимбиоза. Оваа теорија ја објави покојниот биолог Лин Маргулис: Според неа, едноставна клетка проголтала бактерија пред еони, а потоа станала нејзин домаќин. Ова ќе резултираше во заемна корисна врска. Заробените бактерии на крајот станаа митохондрион - клеточна подлога што произведува енергија. На крајот, хибридните клетки станаа денешни еукариоти.
Сепак, една точка на лепење ги дели двата табора до денес: Тие се расправаат за точната природа на првобитната ќелија. Според приврзаниците на теоријата со три домени, станува збор за (сега изумрена) микроб. Фортер, на пример, ги гледа како „прото-еукариот“, односно како мешавина која не беше ниту целосно модерен еукариот ниту целосно модерна археа. Според овој пристап, во раната историја на еволуцијата се случиле неколку големи поделби: прво пред милијарди години, кога организмите претходници произведоа и бактерии и група микроби, кои сега се истребуваат. Оваа група потоа се поделила на археа и на подоцнежните еукариоти.
Според светот со два домени, бактериите и архејата еволуирале од антички предок, а тоа била археа која ја проголтала и ја направила бактеријата. Тоа би ги направило сите еукариоти еден вид преплавена подружница на архејата - или, како што некои научници го нарекуваат, „секундарен домен“.
Шифрирани пораки
Без можност да патуваме назад во времето до потеклото на микробите, ќе биде тешко да се проценат овие хипотези. Знаеме само многу малку фосилни траги од првите еукариоти и овие се исто така тешки за читање. Значи, научниците треба да се потпрат на геномот на современите организми како архива на еволуцијата - архива што се тресеше со текот на времето. „Се обидуваме да решиме загатка стара неколку милијарди години со модерни податоци за низата“, вели биоинформатичарот Том Вилијамс од Универзитетот во Бристол. Не е лесна задача.
На крајот на краиштата, дебатите имаат напредна технологија за секвенционирање на гени. До неодамна, научниците мораа да чуваат соеви на бактерии или археи од одредено живеалиште во лабораторијата со цел да ги идентификуваат. Сега истражувачите можат да ја проценат микробиолошката разновидност во примероците од вода или почва користејќи ДНК траги што се ловат од нив и се анализираат со помош на математички методи - со користење на „метагеномија“. И така се случува науката, која во 2002 година знаеше само два сорта (или фила) на археа, сега е драматично подобро информирана благодарение на метагеномијата.
Истражувачите за еволуција, исто така, брзо профитираа од зголемениот принос: Новите, моќни техники за моделирање никнуваат шума со еволутивни гранки кои ги оцртуваат деталните односи во рамките на архејата. И: Во многу случаи, еукариотите се сместуваат во рамките на поширокото семејство археи. Тежината на доказите, вели Вилијамс, „навистина ги спушти скалите во насока на еоцитното дрво со две домени од наша гледна точка“.
Другите сепак сметаа дека податоците се премногу тенки за да ја остават дебатата на страна. Во 2015 година, група предводена од Тијс Етема, тогаш еволутивен микробиолог на Универзитетот во Упсала во Шведска, објави ДНК секвенци од Локиархеота што ги извадија од примероците на талог пет години порано. За само уште две години, тимот на Етема и други истражувачи конечно можеа да презентираат три нови археја фила поврзани со Локиите. Истражувачите го именуваа групирањето на овие откритија „Асгард“ според митското царство на нордиските богови.
Асгард Археа е мала, но се покажа дека е моќна во оживување на античката дебата за вистинскиот број на домени на животот. Пред сè, тие им дадоа на поборниците на хипотезата со две домени примамливи траги за типот на клетката од кој се појавија првите еукариоти. Како Локи, нивниот истоимен, Локиархеота и нивните роднини избегнуваат премногу јасна интерпретација: тие несомнено се археи, но нивниот геном е миса на гени што се наоѓаат и во еукариотите. Локи-ДНК, на пример, содржи упатства за генетска конструкција за актините, типичните протеини на скелето на еукариотските клетки. Овие гени изгледаа толку необично што истражувачот кој првично ги откри, едноставно претпоставуваше дека е загадена: „Реков, Хм, како е можно тоа? Дали ова навистина може да биде геном на археата? “, Се присетува микробиологот Ања Спанг од Кралскиот холандски институт за истражување на морето во Тексел. Меѓутоа, моделите на еволуција ја потврдуваат тесната врска помеѓу археата Асгард и еукариотите: На пример, сите родословие пресметани од тимот на Етема ги ставаат сите еукариоти во групата Асгард.
Во меѓувреме, многу истражувачи користат такви групи археи податоци за да добијат подобра слика за еукариотскиот претходник. Можеби веќе имал некои карактеристики типични за еукариотите пред да го заземе митохондријалниот претходник: Етема објаснува: „веројатно веќе имаше некои многу примитивни мембранско-биолошки процеси“. Според анализата објавена во 2018 година, предок на Асгард Археја се претпоставува дека јадел органски молекули како масни киселини и бутан. Оваа диета би произведувала крајни производи со кои би се поврзале партнерите-бактерии, тогаш. Ваквите размени на хранливи материи, вообичаени во микробиолошката област, може постепено да се развиваат во сè поблиски односи. Не можеше ли приближување на археата и бактеријата на растојание од гушкање, што има смисла за полесна размена на хранливи материи, конечно и конечно промовираше апсорпција на една од друга?
Сепак, ваквите сценарија сè уште се сомневаат. Најголемиот скептик е Патрик Фортер: Откако ја помина студијата Асгард, тој прво објави основна противречност со неговите колеги.
Лажни маркери?
Етема беше разбеснет од нивниот пристап: Фортер и неговата група сугерираа дека некои од еукариотските низи пронајдени во Локис може да се должат на контаминација. Прокиин од Локи, „факторот на издолжување 2“, на пример, е „веројатно контаминиран со еукариотски низи“, напиша тимот на Фортер во нивниот придонес. Денес Фортер вели дека не е целосно сигурен во ова - но тој и неговите колеги стојат на своите критики кон еволутивните дрвја Асгард. Дури и креаторите на критикуваните семејни стебла признаваат дека е тешко да се разоткрие односот помеѓу организмите што живееле пред две милијарди години.
Биолозите обично ги реконструираат ваквите односи со моделирање на промени во одредени "маркери" - обично протеини или гени - со текот на времето. Групата на Фортер верува дека тимот на Етема несакајќи вклучил погрешни маркери во пресметката на семејното стебло. Групата на Фортер изврши своја конкурентна анализа на семејното стебло со два особено големи протеини на обележувачи, бидејќи поголемите протеински структури обично пренесуваат и повеќе информации за нивната историја на развој. Така, излеговте со семејно стебло со три домени.
Бројачите на „Етема“ велат дека двата маркери што ги користи Фортер не дозволуваат да се извлечат доволни заклучоци за настаните од минатото - критика што другите научници сигурно ја споделуваат. Тој исто така се обиде да го репродуцира пронаоѓањето на Фортер со двата предметни маркери и дојде до поинаков, иако необјавен резултат, имено повторно семејно стебло со две домени.
Дали ваквите отстапувања се должат на разликите во академската позадина на учесниците? Етема се сомнева во ова: Патрик Фортер е „брилијантен научник - во својата област“. Со „Локис“, тој „малку ги надмина границите на своето професионално експертиза“. Фортер вели дека тој веќе има одредено познавање на филогенетиката - и неговите коавтори уште повеќе.