კომპლექსური სიცოცხლე იმაზე მილიარდი წლით ადრე ჩამოყალიბდა, ვიდრე აქამდე მიიჩნეოდა — ახალი კვლევა #1tvმეცნიერება
კომპლექსური, ბირთვიანი უჯრედული სიცოცხლე — ყველაფერი, ამებიდან დაწყებული, ადამიანებით დამთავრებული — შეიძლება იმაზე ძველი იყოს, ვიდრე ვფიქრობდით.
ახალი კვლევა, რომელშიც კომპლექსური სიცოცხლისკენ გადადგმული პირველი ნაბიჯები შეისწავლეს, მიუთითებს, რომ მარტივი წინაპრებიდან ეს გადასვლა თითქმის სამი მილიარდი წლის წინ დაიწყო — დიდი ხნით ადრე, ვიდრე ჩვენს პლანეტას აღორძინებული ევკარიოტული ბიოსფეროსთვის საჭირო ჟანგბადის დონე ექნებოდა.
ეს თითქმის მილიარდი წლით უფრო ადრეა, ვიდრე კომპლექსური უჯრედების გამოჩენის ის თარიღი, რასაც ზოგიერთი შეფასება აწესებს. მიუთითებს საოცრად გრძელ, გაჭიანურებულ ევოლუციურ პროცესზე და არა სწრაფი ნახტომზე კომპლექსურობისკენ.
დედამიწაზე სიცოცხლის დაჯგუფების მრავალი გზა არსებობს, მაგრამ შესაძლოა ყველაზე ფუნდამენტური განსხვავება პროკარიოტებსა და ევკარიოტებს შორის იყოს.
პროკარიოტები — ჯგუფი, რომელიც მოიცავს ბაქტერიებსა და არქეებს, პირველი სიცოცხლე იყო, რომელიც დედამიწაზე გაჩნდა დაახლოებით ოთხი მილიარდი წლის წინ. პროკარიოტები შედარებით მარტივია, ძირითადად შედგება უჯრედის მემბრანისგან, ზოგიერთი უსწორმასწორო ცილისა და თავისუფლად მოძრავი დნმ-ისგან.
მათგან განსხვავებით, ევკარიოტები მოგვიანებით გაჩნდა და არის გაცილებით კომპლექსური, აქვთ ბირთვი, ორგანოიდები (ორგანელა), დელიკატური შიდა მემბრანები და დიდი, უფრო სტრუქტურირებული გენომები.
რამდენად გვიან და თანმიმდევრობა, რომლითაც ეს კომპონენტები ჩამოყალიბდა, ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში ღია კითხვად რჩებოდა. ერთ-ერთი ყველაზე დიდი უცნობია, როდის გამოჩნდა მიტოქონდრიები — უჯრედის ე. წ. ენერგოსადგურები, რომლებიც გლუკოზის ენერგიას გარდაქმნიან ადენოზინტრიფოსფორმჟავად (ატფ), რითაც ხდება უჯრედში მიმდინარე პროცესების ენერგიით მომარაგება.
მეცნიერთა აზრით, მიტოქონდრიები თავისუფლად მცხოვრები ბაქტერიის სახით გაჩნდნენ, სახლობდნენ სხვა უჯრედებში, საბოლოოდ კი მათ შეერწყნენ. მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ, როდის მოხდა ეს შერწყმა — პირველი მიტოქონდრია გაჩნდა და განაპირობა მთელი ეს ცვლილებები კომპლექსურობისკენ, თუ ჯერ კომპლექსურობა დაიწყო და მიტოქონდრიები მოგვიანებით გამოჩნდნენ.
ამის დასადგენად, ბრისტოლის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა პალეობიოლოგ კრისტოფერ კის ხელმძღვანელობით, ჩაატარა ორგანიზმების ფართო სპექტრის გენების მოლეკულური საათის ანალიზი.
„მიდგომა ორმაგი იყო — ასობით სახეობისგან აღებული სეკვენირების მონაცემთა შეგროვებით და ცნობილ ნამარხ მტკიცებულებებთან კომბინირებით, ჩვენ შევძელით დროში განსაზღვრული სიცოცხლის ხის შექმნა. შემდეგ უკვე შეგვეძლო ამ ჩარჩოს გამოყენება ცალკეული გენების ოჯახებში ისტორიული მოვლენების დროის უკეთ გასაგებად“, — ამბობს ბათის უნივერსიტეტის ევოლუციური ბიოლოგი ტომ უილიამსი.
მოლეკულური საათი არის მეთოდი, რომლის საშუალებითაც, მეცნიერებს შეუძლიათ შეაფასონ, როდის გაიყვნენ ერთმანეთისგან და პირველად როდის გამოჩნდა თვისებები. არსებითად, პლანეტაზე ყველა სიცოცხლეს ცოტა რამ აქვს საერთო, მაგალითად, უნივერსალური გენეტიკური კოდი, ამინომჟავების თითქმის უნივერსალური ნაკრები და ენერგიის მიღებისთვის უნივერსალური დამოკიდებულება ატფ-ზე.
მეცნიერებს შეუძლიათ დაადგინონ მაჩვენებელი, რომლითაც ხდება მუტაციები დნმ-ის კონკრეტულ მიმდევრობაში, შემდეგ შეადარონ სხვა მრავალი სახეობის იმავე მიმდევრობას და „გადავიდნენ“ წარსულში, რათა შეაფასონ, როდის ჰყავდათ ამ წინაპრებს საერთო წინაპარი. ასევე შეუძლიათ მოლეკულური საათი გამოიყენონ იმის დასადგენად, როდის გამოჩნდა პირველად თვისებები ან გენის ფუნქციები.
ევკარიოტებსა და პროკარიოტებს შორის განსხვავებებზე ფოკუსირებით, მკვლევრებმა ასეულობით ორგანიზმის გენების გამოყენებით აღადგინეს იმ მიმდევრობათა ქრონოლოგია, რომლითაც ევკარიოტთა თვისებები გამოჩნდა. საკუთარ მოდელს მათ CALM უწოდეს (Complex Archaeon, Late Mitochondrion).
საოცარია, მაგრამ ზოგიერთი პირველი გენეტიკური ხელწერა დაახლოებით 2,9 – 3 მილიარდი წლის წინ გამოჩნდა, აქტინისა და ტუბულინის ცილებისკენ, მარტივი ციტოჩონჩხისკენ და პროტობირთვის ადრეული მახასიათებლებისკენ პირველი შესამჩნევი ნაბიჯებით.
ამას მოჰყვა ცვლილებები, რომლებსაც შემდეგ უნდა გამოეწვია ციტოპლაზმური ბადეები, ორგანოიდები სახელად გოლჯის აპარატი და გენების ექსპრესიის ისეთი სისტემების დივერსიფიკაცია, როგორიც არის რნმ პოლიმერაზა.
მიტოქონდრიები „წვეულებაზე“ შედარებით გვიან მივიდნენ — პირველად გამოჩნდნენ დაახლოებით 2,2 მილიარდი წლის წინ.
თუმცა, ასეთი ქრონოლოგია ემთხვევა პერიოდს, როცა დედამიწაზე ჟანგბადის რაოდენობა სწრაფად გაიზარდა; ეს კი იმაზე მიუთითებს, მიუხედავად იმისა, რომ ევკარიოტული სიცოცხლე დიდი დაჟანგვის მოვლენამდეც კარგად მიდიოდა თავის გზაზე, საჭიროებდა პატარა ბიძგს გარემოს ცვლილებიდან, რათა იქ მისულიყო, სადაც დღესაა.
„ეს კვლევა იმითაა გამორჩეული, რომ დეტალურად შევისწავლეთ, რას აკეთებენ სინამდვილეში გენების ეს ოჯახები და რომელი ცილები რომელთან ურთიერთქმედებენ – აბსოლუტურ დროში. ეს ყველაფერი მოითხოვს რამდენიმე დისციპლინის კომბინაციას: პალეონტოლოგია ქრონოლოგიის დასადგენად, ფილოგენეტიკა სანდო და გამოსადეგი ხეების შესაქმნელად და მოლეკულური ბიოლოგია ამ ოჯახების კონტექსტში ჩასასმელად“, — ამბობს კი.
კვლევა ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია bristol.ac.uk-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.