منشأ حیات روی زمین به یک جد مشترک برمی‌گردد، و اکنون می‌دانیم آن چه بوده است

هر برگ گیاه، پر عقاب و ذره‌ای از لجن برکه، وجود را با همان چهار حرف DNA هجی می‌کنند. ریبوزوم‌ها آن کد را می‌خوانند، بیست اسید آمینه آشنا را به هم متصل می‌کنند و هر قبض سلولی را با توکن انرژی ATP پرداخت می‌کنند.

این یکسانی، زیست‌شناسان را در تعقیب یک معمای بزرگ نگه می‌دارد: اگر دستورالعمل‌ها تقریباً در همه جا یکسان هستند، چه کسی نسخه اول را نوشته است؟

پاسخ به LUCA - آخرین جد مشترک جهانی - اشاره دارد، ارگانیسمی که در شکاف بین باکتری‌ها و

قرار داشت.

یک کد ژنتیکی، یک جد واحد

سیستم‌های زنده علاقه‌ای به تصادف ندارند. یک الفبای ژنتیکی واحد، همان ماشین‌آلات پروتئین‌سازی و یک ارز انرژی جهانی، چیزی فراتر از شانس هستند.

دکتر ادموند مودی، نویسنده اصلی از

توضیح داد: «تاریخچه تکاملی ژن‌ها به دلیل تبادل بین دودمان‌ها پیچیده شده است.» تیم او هزاران ژنوم را غربال کرد تا ببیند ابزار مشترک تا چه حد به عقب برمی‌گردد.

ما باید از

پیچیده برای آشتی دادن تاریخچه تکاملی ژن‌ها با تبارشناسی گونه‌ها استفاده کنیم.»

با اجازه دادن به داده‌ها، به جای قطعیت‌های دقیق، برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه کدام ویژگی‌ها متعلق به LUCA است، محققان تقریباً 2600 ژن را به دست آوردند - تقریباً به اندازه یک باکتری مدرن معمولی.

دکتر تام ویلیامز، نویسنده همکار، خاطرنشان کرد: «یکی از مزایای واقعی در اینجا، استفاده از رویکرد آشتی‌جویی درخت-گونه ژن برای چنین مجموعه داده‌های متنوعی است که نشان‌دهنده حوزه‌های اصلی حیات، باستان‌واره‌ها و باکتری‌ها است. این به ما امکان می‌دهد با اطمینان بگوییم - و آن سطح از اطمینان را ارزیابی کنیم - که LUCA چگونه زندگی می‌کرده است.»

جعبه ابزار توسعه‌ای LUCA

برآوردهای قبلی از طرح کلی 80 ژنی تا کتابخانه‌هایی با بیش از 1500 خانواده متغیر بود. نظریه به‌روز شده LUCA را چیزی جز یک شبح ژنتیکی نشان می‌دهد.

درون این 2600 طرح، پمپ‌های غشایی، گروه‌های ترمیم DNA و تمام مواد لازم برای لیپیدهای ساده وجود دارد. بهتر از آن، این حافظه پنهان شامل

است، یک حلقه شیمیایی مرتب که دی‌اکسید کربن را به هیدروژن جوش می‌دهد، استات را بیرون می‌ریزد و انرژی قابل استفاده را در این فرآیند آزاد می‌کند.

چنین مقرراتی به یک سلول خودکفا اشاره دارد که بدون کمک خارجی رشد می‌کند. این تصویر ایده‌های قدیمی‌تر را به چالش می‌کشد که حیات اولیه یک مسافر برهنه بود که به سمت پیچیدگی، زمین‌شناسی را سوار می‌شد.

در عوض، به نظر می‌رسد LUCA توانا، سازگار و آماده امتحان ترفندهای جدید در لحظه‌ای بود که سیاره به اندازه کافی خنک شد تا آب مایع را در جای خود نگه دارد.

شیمی دریچه‌های گرمابی

این مطالعه با ردیابی تغییرات ژنی در طول تاریخ زمین، تاریخ LUCA را حدود 4.2 میلیارد سال پیش، تنها چند صد میلیون سال پس از جمع شدن خود زمین، تعیین می‌کند.

گفت: «ما انتظار نداشتیم LUCA آنقدر قدیمی باشد، در عرض چند صد میلیون سال پس از شکل‌گیری زمین. با این حال، نتایج ما با دیدگاه‌های مدرن در مورد قابلیت سکونت زمین اولیه مطابقت دارد.»

در آن زمان، برخورد سیارک‌ها و آتشفشان‌های آروغ‌زن به‌طور مرتب پوسته را زیر و رو می‌کردند. با این حال، دریچه‌های گرمابی بستر دریا احتمالاً واحه های گرم و غنی از فلز را ارائه می‌دادند.

مواد معدنی آهن، نیکل و گوگرد می‌توانسته‌اند واکنش‌های بسیار اسکریپت‌شده در ژنوم LUCA را هدایت کنند.

مسیر Wood-Ljungdahl، که هنوز توسط برخی از

استفاده می‌شود، به خوبی در آن محیط قرار می‌گیرد و شیمی دریچه را به غذا و سوخت تبدیل می‌کند.

آرامش LUCA کوتاه بود

گفت: «مطالعه ما نشان داد که LUCA یک ارگانیسم پیچیده بود، نه چندان متفاوت از پروکاریوت‌های مدرن. نکته واقعاً جالب این است که به وضوح دارای یک سیستم ایمنی اولیه بود، و نشان می‌دهد که حتی تا 4.2 میلیارد سال پیش، جد ما قبلاً در یک مسابقه تسلیحاتی با ویروس‌ها درگیر بوده است.»

ژن‌هایی که شبیه

امروزی هستند، نشان می‌دهند که شکارچیان ویروسی تقریباً به محض ظهور سلول‌ها ظاهر شدند.

این مبارزه مداوم مهم است. حملات ویروسی می‌توانند ژن‌ها را بین میزبان‌ها سریع‌تر از جهش تصادفی به تنهایی جابجا کنند.

فشار برای فرار از عفونت، میکروب‌ها را مجبور به نوآوری می‌کند، و به طور بالقوه اختراع آنزیم‌ها، مسیرها و حتی سبک زندگی متابولیکی کاملی را تسریع می‌کند که دودمان‌های بعدی به ارث می‌برند.

میکروب‌ها در فضای مشترک با LUCA

واضح است که LUCA در حال بهره‌برداری و تغییر محیط خود بود، اما بعید است که به تنهایی زندگی کرده باشد.

تیم لنتون از

خاطرنشان کرد: «زباله‌های آن غذای میکروب‌های دیگر، مانند متانوژن‌ها، بود که به ایجاد یک اکوسیستم بازیافتی کمک می‌کرد.»

در دریچه‌های گرمابی مدرن، تولیدکنندگان استات و سازندگان متان باقیمانده‌ها را مبادله می‌کنند، شیمی محلی را هموار می‌کنند و جریان‌های انرژی را تثبیت می‌کنند.

مشابه دادن و گرفتن می‌تواند توضیح دهد که چگونه

مدت‌ها قبل از اینکه روی صحنه برود، کربن و هیدروژن را بازیافت کرد.

با به هم بافتن زباله و منبع، جوامع دریچه‌های گرمابی ممکن است نوسانات شدید دما و اسیدیته را کاهش داده باشند و جایگاه‌های تازه‌ای را برای موج بعدی

باز کرده باشند.

چرا LUCA مهم است؟

پروفسور آنجا اسپنگ، نویسنده همکار از

گفت: «یافته‌ها و روش‌های به کار رفته در این کار، مطالعات آینده را که با جزئیات بیشتری به تکامل بعدی پروکاریوت‌ها در پرتو تاریخ زمین نگاه می‌کنند، از جمله باستان‌واره‌های کمتر مورد مطالعه با نمایندگان متانوژنیک خود، آگاه خواهد کرد.»

بر ماهیت بین‌رشته‌ای کار تاکید کرد و گفت که داده‌ها و تکنیک‌ها را از سراسر زمینه‌های مختلف گرد هم آورده است.

او توضیح داد که این رویکرد مشارکتی، کشف بینش‌هایی در مورد زمین اولیه و منشأ حیات را ممکن ساخت که هیچ رشته‌ای به تنهایی نمی‌توانست آن را آشکار کند.

او همچنین به این نکته اشاره کرد که اکوسیستم‌ها چقدر سریع در سیاره اولیه ریشه دوانده‌اند - مشاهده‌ای که دری را به روی این احتمال باز می‌کند که حیات ممکن است در سایر

در کیهان شکوفا شود.

دونوغه نتیجه گرفت: «این نشان می‌دهد که حیات ممکن است در زیست‌کره‌های شبیه زمین در جاهای دیگر کیهان شکوفا شود.»

بعدش چه اتفاقی می افتد؟

برای جمع‌بندی همه چیز، هر ژنومی که از گل اقیانوس یا پوسته صحرا بیرون کشیده می‌شود، یک قطعه پازل به پرتره LUCA اضافه می‌کند.

با سریع‌تر و ارزان‌تر شدن فناوری تعیین توالی، دانشمندان به شکار خانواده‌های ژنی باستانی، اصلاح طرح اجدادی و بررسی فسیل‌های ویروسی اولیه پنهان در DNA میکروبی ادامه خواهند داد.

ماموریت‌های حفاری جدید با هدف دریچه‌های بستر دریا دست‌نخورده می‌توانند جوامعی را آشکار کنند که سبک زندگی آن‌ها پژواک همان قمار‌های بیوشیمیایی اولیه است و پیوندهای بین زمین‌شناسی و ژنتیک را محکم می‌کند.

داستان هنوز در حال آشکار شدن است، اما یک نکته کلیدی در حال حاضر استوار است: حیات با نوک انگشت وارد صحنه نشد. بلکه با یک جعبه ابزار کامل، آماده برای مبارزه با ویروس‌ها و مشتاق برای تغییر شکل محیط اطراف خود، با سرعت دوید - و هر ارگانیسم زنده امروزی را با اشاره‌ای از آن جرقه چهار میلیارد ساله حمل می‌کند.

مطالعه کامل در مجله

منتشر شد.