E gjithë jeta në Tokë vjen nga një paraardhës i vetëm

Çdo gjethe bime, pendë shqiponjëje dhe njollë llumi pellgu tregojnë ekzistencën me të njëjtat katër shkronja të ADN-së. Ribozomet lexojnë atë kod, mbledhin njëzet aminoacide të njohura dhe paguajnë çdo faturë qelizore me tokenin e energjisë ATP.

Kjo njëllojshmëri i mban biologët të ndjekin një enigmë të madhe: nëse udhëzimet janë pothuajse identike kudo, kush e shkroi botimin e parë?

Nga> Eric Ralls: All life on Earth comes from one ancestor, now we know who it was – Earth.com¹

Përgjigja tregon për LUCA – Paraardhësi i fundit i përbashkët universal – një organizëm që u ul në ndarjen midis Baktereve dhe Archaea². [Kur presioni rritet, arkeat bëhen shumëqelizore].

Një kod gjenetik, një paraardhës i vetëm

Sistemet e gjalla nuk janë të pëlqyeshme pas rastësisë. Një alfabet i vetëm gjenetik, i njëjti makineri për prodhimin e proteinave dhe një monedhë universale energjie shtojnë më shumë se fat.

“Historia evolucionare e gjeneve është e ndërlikuar nga shkëmbimi i tyre midis prejardhjeve,” shpjegoi Dr. Edmund Moody, autori kryesor nga Universiteti i Bristolit³. Ekipi i tij analizoi mijëra gjenome për të parë se sa larg shtrihet mjeti i përbashkët.

“Ne duhet të përdorim modele komplekse evolucionare⁴ për të pajtuar historinë evolucionare të gjeneve me gjenealogjinë e specieve.”

Duke i lënë të dhënat, në vend të shkurtimeve të rrepta, të vendosin se cilat veçori i përkisnin LUCA-s, studiuesit zbarkuan në afërsisht 2,600 gjene – rreth aq sa mbart një bakter modern i zakonshëm.

Bashkëautori Dr. Tom Williams vuri në dukje, “Një nga avantazhet e vërteta këtu është aplikimi i qasjes së pajtimit gjen-pemë specie-pemë në një grup të dhënash kaq të larmishme që përfaqëson fushat kryesore të jetës, Archaea dhe Bacteria. Kjo na lejon të themi me njëfarë besimi – dhe të vlerësojmë atë nivel besimi – në mënyrën se si jetonte LUCA.”

Paketa e mjeteve zhvillimore të LUCA

Vlerësimet e mëparshme u zhvendosën nga një skicë e dobët me 80 gjene në bibliotekat që tejkalonin 1,500 familje. Teoria e përditësuar e pikturon LUCA si çdo gjë tjetër veçse një fantazmë gjenetike.

Brenda atyre 2,600 planeve janë pompa membrane, ekipe riparimi të ADN-së dhe të gjithë përbërësit për lipide të thjeshta. Më mirë akoma, cache përfshin rrugën Wood-Ljungdahl⁵, një lak kimik i rregullt që saldon dioksidin e karbonit në hidrogjen, pështyn acetat dhe lëshon energji të përdorshme në proces.

Dispozita të tilla tregojnë për një qelizë të mbështetur te vetja që lulëzon pa ndihmë të jashtme. Kjo pamje sfidon idetë e vjetra se jeta e hershme ishte një pallto e zhveshur e gjeologjisë së udhëtarëve drejt kompleksitetit.

Në vend të kësaj, LUCA duket se ka qenë i aftë, i adaptueshëm dhe i gatshëm për të provuar truke të reja në momentin që planeti u ftoh mjaftueshëm për të mbajtur ujin e lëngshëm në vend.

Kimia e shfryrjeve hidrotermale

Duke ndjekur ndryshimet e gjeneve gjatë historisë së Tokës, studimi daton LUCA në rreth 4.2 miliardë vjet më parë, vetëm disa qindra milionë vjet pasi vetë Toka u bashkua.

“Ne nuk prisnim që LUCA të ishte kaq e vjetër, brenda vetëm qindra miliona viteve nga formimi i Tokës. Megjithatë, rezultatet tona përputhen me pikëpamjet moderne mbi banueshmërinë e Tokës së hershme”, tha Dr. Sandra Álvarez-Carretero.

Në atë kohë, goditjet e asteroidëve dhe vullkanet që frynin rregullisht koren. Megjithatë, shfryrjet hidrotermale të fundit të detit ka të ngjarë të ofrojnë oaze të ngrohta dhe të pasura me metale.

Mineralet e hekurit, nikelit dhe squfurit mund të kenë nxitur vetë reaksionet e shkruara në gjenomin e LUCA.

Rruga Wood-Ljungdahl, e përdorur ende nga disa mikrobe të sotme⁶, përshtatet mirë në atë mjedis, duke e kthyer kiminë e ventilimit në ushqim dhe karburant.

Paqja e LUCA ishte jetëshkurtër

“Studimi ynë tregoi se LUCA ishte një organizëm kompleks, jo shumë i ndryshëm nga prokariotët modernë. Ajo që është vërtet interesante është se ai zotëronte qartë një sistem imunitar të hershëm, duke treguar se edhe 4.2 miliardë vjet më parë, paraardhësi ynë ishte tashmë i angazhuar në një garë armatimi me viruset”, tha profesor Davide Pisani.

Gjenet që ngjajnë me mbrojtjen e sotme të CRISPR⁷ sugjerojnë se grabitqarët viralë u shfaqën pothuajse sapo qelizat.

Ky sparring i vazhdueshëm ka rëndësi. Bastisjet virale mund të përziejnë gjenet midis bujtësve më shpejt sesa vetëm mutacioni i rastësishëm.

Presioni për të shmangur infeksionin i detyron mikrobet të inovojnë, duke përshpejtuar potencialisht shpikjen e enzimave të reja, rrugëve dhe madje edhe stileve të tëra të jetesës metabolike që linjat e mëvonshme do të trashëgonin.

Mikrobet që ndajnë hapësirën me LUCA

Është e qartë se LUCA po shfrytëzonte dhe ndryshonte mjedisin e saj, por nuk ka gjasa të ketë jetuar vetëm.

“Mbetjet e tij do të kishin qenë ushqim për mikrobe të tjera, si metanogjenet, që do të kishin ndihmuar në krijimin e një ekosistemi riciklimi,” vërejti Tim Lenton nga Universiteti i Exeter⁸.

Në shfryrjet moderne hidrotermale, prodhuesit e acetatit dhe prodhuesit e metanit tregtojnë mbetje, duke zbutur kiminë lokale dhe duke stabilizuar rrjedhat e energjisë.

Dhënia dhe marrja e ngjashme mund të shpjegojë se si Toka e hershme⁹ cikloi karbonin dhe hidrogjenin shumë kohë përpara se fotosinteza¹⁰ të dilte në skenë.

Duke thurur së bashku mbetjet dhe burimet, komunitetet e shfryrjeve hidrotermale mund të kenë zbutur luhatjet ekstreme në temperaturë dhe aciditet, duke hapur kamare të reja për valën e ardhshme të eksperimenteve evolucionare¹¹.

Pse ka rëndësi LUCA?

“Gjetjet dhe metodat e përdorura në këtë punë do të informojnë gjithashtu studimet e ardhshme që shikojnë më në detaje evolucionin e mëvonshëm të prokariotëve në dritën e historisë së Tokës, duke përfshirë Archaea më pak të studiuara me përfaqësuesit e tyre metanogjenë”, tha profesoresha Anja Spang, bashkëautore nga Instituti Mbretëror Holandez për Kërkime Detare¹².

Profesor Philip Donoghue theksoi natyrën ndërdisiplinore të punës, duke thënë se ajo bashkoi të dhëna dhe teknika nga fusha të shumta.

Kjo qasje bashkëpunuese, shpjegoi ai, bëri të mundur zbulimin e njohurive për Tokën e hershme dhe origjinën e jetës që asnjë disiplinë e vetme nuk mund t’i kishte zbuluar vetë.

Ai gjithashtu vuri në dukje se sa shpejt ekosistemet duket se kanë zënë rrënjë në planetin e hershëm – një vëzhgim që hap derën për mundësinë që jeta mund të lulëzojë në botë të tjera të ngjashme me Tokën¹³ në univers.

“Kjo sugjeron se jeta mund të lulëzojë në biosfera të ngjashme me Tokën diku tjetër në univers,” përfundoi Donoghue.

Çfarë ndodh më pas?

Për t’i përmbledhur të gjitha, çdo gjenom i nxjerrë nga balta e oqeanit ose korja e shkretëtirës shton një pjesë enigme në portretin e LUCA.

Ndërsa teknologjia e sekuencës rritet më shpejt dhe më lirë, shkencëtarët do të vazhdojnë të kërkojnë familje të lashta të gjeneve, duke rafinuar planin stërgjyshore dhe duke zbuluar fosilet e hershme virale të fshehura në ADN-në mikrobike.

Misionet e reja të shpimit që synojnë shfryrjet e paprekura të fundit të detit mund të zbulojnë komunitetet, stili i jetesës së të cilave i bën jehonë atyre lojërave të para biokimike, duke shtrënguar lidhjet midis gjeologjisë dhe gjenetikës.

Historia është ende duke u shpalosur, por një gjë tashmë qëndron e fortë: jeta nuk u ngjit në skenë. Ai vraponte, i armatosur me një paketë mjetesh të plotë, gati për t’u përballur me viruset dhe i etur për të riformuar mjedisin e tij – duke lënë çdo organizëm gjallë sot duke mbajtur një nuancë të asaj shkëndije katër miliardë vjeçare.

Studimi i plotë u botua në revistën Nature Ecology & Evolution. /¹⁴

–

Referenca

1. All life on Earth comes from one ancestor, now we know who it was – Earth.com ↩︎
2. When the pressure builds, archaea go multicellular – Earth.com ↩︎
3. Homepage | University of Bristol ↩︎
4. AI creates new protein that simulates 500 million years of evolution – Earth.com ↩︎
5. Wood–Ljungdahl pathway – Wikipedia ↩︎
6. New type of microbes discovered in Earth’s deep soil – Earth.com ↩︎
7. CRISPR gene editing tool gets revolutionary high-tech upgrade – Earth.com ↩︎
8. University of Exeter ↩︎
9. “Purple Earth” hypothesis is gaining momentum among scientists – Earth.com ↩︎
10. Sounding the alarm: Microplastics are disrupting photosynthesis – Earth.com ↩︎
11. First bacteria used oxygen one billion years earlier than we thought – Earth.com ↩︎
12. Royal Netherlands Institute for Sea Research ↩︎
13. “Signature of life” detected on another world by Webb, study says – Earth.com ↩︎
14. The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system | Nature Ecology & Evolution ↩︎