Utolsó univerzális közös ős

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 28-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

Az utolsó univerzális közös ős ( angolul  last universal common ancestor , LUCA, vagy last universal ancestor , LUA) az élőlények utolsó populációja, amelyből a Földön jelenleg élő összes élőlény származott [1] . Így a LUCA az összes földi élet közös őse . Az utolsó univerzális közös őst nem szabad összetéveszteni a Föld első élő szervezetével . Úgy tartják, hogy a LUCA 3,48-4,28 milliárd évvel ezelőtt élt [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] (a paleoarcheus korszakban), vagy esetleg még 4,5 milliárd évvel ezelőtt [11] (a katarchai térségben ). A LUCA fosszilis maradványai nem maradtak fenn, így csak genomok összehasonlításával lehet tanulmányozni . Ezzel a módszerrel 2016-ban egy 355 génből álló halmazt határoztak meg , amelyek határozottan jelen voltak a LUCA-ban [12] .

Az utolsó egyetemes közös ős létezésének hipotézisét először Charles Darwin vetette fel 1859 -ben A fajok eredetéről című könyvében [13] .

A földi élet bizonyítékai

A földi élet legrégebbi bizonyítéka a biogén grafit , amelyet 3,7 milliárd éves , metamorfizált üledékes kőzetekben találtak nyugat- grönlandi kőzetekben [14] , valamint a nyugat- ausztráliai homokkőben talált bakteriális szőnyegfosszíliák , amelyek 3,48 milliárd évesek [15] [16]. . 2015- ben leírták a potenciálisan biogén eredetű szén felfedezését 4,1 milliárd éves ősi kövekben, de ez a lelet a mostani általánosan elterjedt körülményektől eltérő, akkori állapotokat jelezhet a Földön, és utalhat az élet korábbi keletkezésére is [17] [ 18] . 2017-ben a kanadai Quebecben található rozsdás üledékes kőzetekből származó, legalább 3,77 milliárd éves, de valószínűleg 4,28 milliárd éves feltételezett mikrobiális kövületekről tettek közzé leírást [19] .

Tulajdonságok

A LUCA feltételezett leszármazottainak elemzése során kimutatták, hogy egy kicsi , egysejtű szervezetről van szó , amely valószínűleg szabadon lebegő körkörös DNS -sel rendelkezik , mint a modern baktériumok . Carl Woese azonban , aki az élővilág három tartományból álló rendszerét javasolta baktériumok, archaeák és eukarióták rRNS-szekvenciáin alapulva , azt állítja, hogy a LUCA-t egyszerűbb módon szervezték meg, mint a három modern élettartomány ősei [20] .

Míg a LUCA szerkezete csak a legáltalánosabban írható le, addig működésének molekuláris mechanizmusai a modern élőlények tulajdonságai alapján részletesebben rekonstruálhatók [21] [22] [23] [24] .

A LUCA öröklődésének hordozója nagy valószínűséggel a DNS volt [25] . Egyes kutatók úgy vélik, hogy hiányozhatott belőle a DNS, és genomját csak az RNS képviselte [26] , amit különösen az a tény erősít meg, hogy az archaea, a baktériumok és az eukarióták DNS-polimerázai nem kapcsolódnak egymáshoz [27] . Ha volt DNS, akkor az ugyanabból a négy nukleotidból állt (a dezoxiadenozin , dezoxicitidin , dezoxitimidin és dezoxiguanozin foszforsav-észterei ) , mint a modern szervezetekben. A második DNS-szálat a templátfüggő DNS-polimeráz enzim tette teljessé. A DNS integritását enzimek csoportja tartotta fenn, beleértve a DNS-topoizomerázt , a DNS-ligázt és más DNS-javító enzimeket . A DNS-t DNS-kötő fehérjék , például védték . A genetikai kód három nukleotid kodonból állt , összesen 64 lehetséges különböző kodonnal; mivel csak 20 aminosavat használtak fel a fehérjék felépítésére , néhány aminosavat több kodon kódolt [21] [22] [23] [24] . A génexpresszió egyszálú RNS közbenső képződésén keresztül történt . Az RNS-t a DNS-függő RNS-polimeráz enzim szintetizálta a DNS- nukleotidokhoz hasonló ribonukleotidok felhasználásával, kivéve a timidint, amelyet az RNS-ben uridin helyettesít [21] [22] [23] [24] .

A gének fehérjékként fejeződnek ki , amelyek aminosavakból állnak össze a hírvivő RNS ( mRNS ) riboszómák , transzfer RNS ( tRNS ) és más fehérjék egy csoportja általi transzlációja révén. A riboszómák két alegységből álltak: 30S (kicsi) és 50S (nagy). Mindegyik alegység riboszomális RNS-ből ( rRNS ) állt, amelyet riboszomális fehérjék vettek körül. Mindkét típusú RNS-molekula (tRNS és rRNS) fontos szerepet játszott a riboszómák katalitikus aktivitásában. Csak 20 aminosavat használtak fel a fehérjék felépítésére, és csak azok L-izomerjeit . Az ATP molekulákat energiahordozóként használták . Több száz fehérjeenzim katalizált olyan kémiai reakciókat , amelyek energiát szabadítanak fel zsírokból , cukrokból és aminosavakból, valamint a zsírok, cukrok, aminosavak és nitrogénbázisok bioszintézisét , amelyek nukleinsavakat alkotnak [21] [22] [ 23] [24] .

A sejt főleg vízből álló citoplazmát tartalmazott, amelyet lipid kettős réteggel jellemezhető membrán vett körül. . A sejt belsejében a nátriumionok koncentrációja alacsonyabb volt, a kálium  pedig magasabb, mint azon kívül. Ezt a gradienst ioncsatornák , más néven ionpumpák tartották fenn . A sejt az osztódás előtti tartalom megkettőzésével szaporodott [21] [22] [23] [24] . A sejt kemiomózist használt az energia előállítására . Ezenkívül acetil - tioétereken keresztül CO 2 -t és H 2 -t oxidált ( metanogenezis vagy acetogenezis ) [28] [29] .

A sejt feltehetően mélytengeri hidrotermális nyílásokban élt, amelyek a tengervíz és a magma kölcsönhatása következtében alakultak ki az óceán feneke alatt [30] [31] .

Hipotézisek

Charles Darwin 1859-ben adta ki A fajok eredetéről című könyvét, amelyben kétszer is megfogalmazta azt a hipotézist, hogy a Földön minden életformának egy közös őse van. Amikor a LUCA hipotézist javasolták, az élő fajok közötti genetikai távolságon alapuló kladogramok azt mutatták, hogy az archaeák nagyon korán eltértek az élet többi részétől. Ezt az állítást azon az alapon fogalmazták meg, hogy az akkor ismert archeák nagyon ellenálltak az extrém környezeti feltételeknek, mint például a magas sótartalom, hőmérséklet és savasság . Emiatt egyes tudósok azt hitték, hogy a LUCA a mélytengeri hidrotermális nyílásokhoz hasonló élőhelyeken élt. Később azonban az archaeákat kevésbé ellenséges környezetben találták meg, és ma úgy gondolják, hogy inkább rokonok az eukariótákhoz, mint a baktériumokhoz, bár sok részlet ismeretlen [32] [33] .

2010-ben a különböző tartományú élőlények DNS-szekvenciái alapján [34] megállapították, hogy minden élőlénynek egyetlen őse volt. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a LUCA volt az ősi idők egyetlen organizmusa: egyike volt a számos korai mikrobának [1] . Abból azonban, hogy az összes modern életforma által használt számos DNS és RNS nukleotid mellett más nukleotidok is lehetségesek, szinte biztosan az következik, hogy minden szervezetnek egy közös őse van. Hihetetlen, hogy minden olyan élőlény, amely különböző ősöktől származott, amelyekben a szerves molekulák egyesülve sejtszerű, vízszintes génátvitelre képes struktúrákat alkotnak , nem rontották el egymás génjeit, nem kódoló régiókká alakítva azokat. Ezenkívül kémiailag sokkal több aminosav lehetséges, mint amennyit a modern szervezetek fehérjeszintézishez használnak. Ez a kémiai bizonyíték arra utal, hogy az összes többi organizmus a LUCA sejtekből származik, és csak a LUCA leszármazottai élték túl a paleoarcheai korszakot [35] .

1998-ban Carl Woese felvetette, hogy a LUCA nem egyetlen organizmus, és hogy az összes élő szervezet genetikai anyaga az ősi mikroorganizmusok közösségei közötti horizontális géntranszfer eredménye [36] . Az élet hajnalán a rokonság nem volt olyan lineáris, mint most, mert időbe telt, mire a modern genetikai kód kialakult [37] .

A brit Bristoli Egyetem tudósai kiszámították, hogy a földi élet minden modern képviselőjének közös őse (Last Universal Common Ancestor, LUCA), amelynek nyomait abszolút minden élő szervezet DNS-e megőrizte, meleg források közelében élt. 4,52-4,47 milliárd évvel ezelőtt extremofil volt, még mielőtt a Föld késői erős bombázása 3,9 milliárd évvel ezelőtt megkezdődött - röviddel azután, hogy a Föld embriója összeütközött Theiával  - a Hold " üknagyanyjával ". 11] .

Gyökér helye

A legáltalánosabban elfogadott nézet szerint az életfa gyökere a baktériumok monofiletikus tartománya és az archaeák és eukarióták alkotta klád között található. Ezt a fát az élet hagyományos fájának tekintik, és Carl Woese [39] molekuláris biológiai tanulmányain alapul . Néhány munka kimutatta, hogy az életfa gyökere a baktériumok tartományában, a Firmicutes [40] vagy Chloroflexi törzsben található , amelyek az archaeák és eukarióták kombinált csoportjához viszonyítva bazális kládot alkotnak . , valamint más baktériumok. Ezt a sejtést Thomas Cavalier-Smith [41] javasolta .

William Martin és munkatársai 2016-os tanulmánya, amely 6,1 millió fehérjét kódoló gén különböző prokariótákból származó szekvenálásán alapult , kimutatta, hogy a LUCA a 286 514 vizsgált fehérjeklaszterből 355-öt tartalmaz. Ugyanezen adatok szerint a LUCA anaerob szervezet volt, CO 2 -kötő, H 2 -függő , rendelkezett Wood-Ljungdahl útvonallal , képes volt N 2 -kötésre és termofil . Átmeneti fémeket , flavinokat , S-adenozil-metionint , koenzim-A - t , ferredoxint , molibdopterint , és szelént használt kofaktorként . Nukleozid módosulatokkal és S -adenozil-metionin-függő metilációval rendelkezett . Ez a tanulmány kimutatta, hogy a metanogén klostrídiumok alkotják az alapcsoportot , és a LUCA anaerob hidrotermális szellőzőnyílásokban élt, geokémiailag aktív, hidrogénnel, szén-dioxiddal és vassal dúsított környezetben [31] .

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Theobald DL Az egyetemes közös származás elméletének formális tesztje.  (angol)  // Természet. - 2010. - 20. évf. 465. sz. 7295 . - P. 219-222. - doi : 10.1038/nature09014 . — PMID 20463738 .
  2. ↑ Doolittle WF Az élet fájának kitépése.  (angol)  // Scientific American. - 2000. - Vol. 282. sz. 2 . - P. 90-95. — PMID 10710791 .
  3. ↑ Borenstein, Seth . A megtalált legrégebbi kövület: Ismerje meg mikrobiális anyját  (2013. november 13.). Archiválva az eredetiből 2015. június 29-én. Letöltve: 2017. március 25.
  4. ↑ Noffke, N.; Christian, D.; Wacey, D.; Hazen, R. M. (2013. december). „Mikrobák által indukált üledékes struktúrák, amelyek egy ősi ökoszisztémát rögzítenek a kb. 3,48 milliárd éves Dresser Formation, Pilbara, Nyugat-Ausztrália” . Asztrobiológia . 13 (12): 1103-1124. Irodai kód : 2013AsBio..13.1103N . DOI : 10.1089/ast.2013.1030 . PMC 3870916 . PMID24205812 _ _  
  5. ↑ Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi; Nagase, Toshiro; Rosing, Minik T. (2013). „Biogenikus grafit bizonyítékai a korai archeai Isua metaüledékes kőzetekben”. természetföldtudomány . 7 (1): 25-28. Bibcode : 2014NatGe...7...25O . DOI : 10.1038/ngeo2025 .
  6. ↑ Hassenkam, T.; Andersson képviselő; Dalby, KN; Mackenzie, DMA; Rosing, M. T. (2017). „Az eoarcheai élet elemei ásványi zárványok csapdájában”. természet . 548 (7665): 78-81. Bibcode : 2017Natur.548...78H . DOI : 10.1038/nature23261 . PMID  28738409 . S2CID  205257931 .
  7. ↑ Borenstein, Seth . AP News , Associated Press (  2015. október 19.). Archiválva az eredetiből 2019. április 6-án. Letöltve: 2021. március 7.
  8. ↑ Bell, Elizabeth A.; Boehnke, Patrick; Harrison, T. Mark; Mao, Wendy L. (2015. november 24.). „Potenciálisan biogén szén egy 4,1 milliárd éves cirkonban megőrződött ” Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye . 112 (47): 14518-14521. Irodai kód : 2015PNAS..11214518B . DOI : 10.1073/pnas.1517557112 . ISSN 1091-6490 . PMC 4664351 . PMID26483481 _ _   
  9. ↑ Dodd, Matthew S.; Papineau, Dominic; Grenne, Tor; laza, John F.; Rittner, Martin; Pirajno, Franco; O'Neil, Jonathan; Little, Crispin TS (2017. március 2.). „Bizonyíték a korai életre a Föld legrégebbi hidrotermális csapadékaiban” (PDF) . természet . 543 (7643): 60-64. Bibcode : 2017Natur.543...60D . DOI : 10.1038/nature21377 . PMID28252057  _ _ S2CID  2420384 . Archiválva az eredetiből (PDF) 2018. július 23-án . Letöltve: 2019. június 25 . Elavult használt paraméter |url-status=( súgó )
  10. ↑ Glansdorff N. , Xu Y. , Labedan B. Az utolsó univerzális közös ős: egy megfoghatatlan genetikai előd megjelenése, felépítése és öröksége.  (angol)  // Biology direct. - 2008. - Vol. 3. - P. 29. - doi : 10.1186/1745-6150-3-29 . — PMID 18613974 .
  11. ↑ 1 2 A tudósok rájöttek, mikor kelt fel a Földön élő összes élőlény őse. Archív másolat 2018. augusztus 21. a Wayback Machine -nél , 2018.08.20.
  12. ↑ Wade Nicholas . Ismerje meg Lucát, a Minden élő dolog ősét , New York Times  (2016. július 25.). Archiválva az eredetiből: 2019. május 8. Letöltve: 2016. július 25.
  13. ↑ Darwin, C. (1859), The Origin of Species by Means of Natural Selection , John Murray, p. 490 
  14. ↑ Ohtomo Yoko , Kakegawa Takeshi , Ishida Akizumi , Nagase Toshiro , Rosing Minik T. Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks  //  Nature Geoscience. - 2013. - december 8. ( 7. köt . 1. sz .). - P. 25-28 . — ISSN 1752-0894 . - doi : 10.1038/ngeo2025 .
  15. ↑ Borenstein, Seth . A megtalált legrégebbi kövület: Ismerje meg mikrobiális anyját  (2013. november 13.). Archiválva az eredetiből 2015. június 29-én. Letöltve: 2013. november 15.
  16. ↑ Noffke N. , Christian D. , Wacey D. , Hazen R.M. Mikrobiálisan indukált üledékes struktúrák, amelyek egy ősi ökoszisztémát rögzítenek a kb. 3,48 milliárd éves Dresser Formation, Pilbara, Nyugat-Ausztrália.  (angol)  // Asztrobiológia. - 2013. - Kt. 13. sz. 12 . - P. 1103-1124. - doi : 10.1089/ast.2013.1030 . — PMID 24205812 .
  17. ↑ Izgalmas hírek – életre utaló tippek a korai földön, amelyet elhagyatottnak hittek . apnews.excite.com . Letöltve: 2016. június 18. Az eredetiből archiválva : 2015. október 23..
  18. ↑ Bell EA , Boehnke P. , Harrison TM , Mao WL Egy 4,1 milliárd éves cirkonban megőrzött potenciálisan biogén szén.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2015. - Kt. 112. sz. 47 . - P. 14518-14521. - doi : 10.1073/pnas.1517557112 . — PMID 26483481 .
  19. ↑ Dodd MS , Papineau D. , Grenne T. , Slack JF , Rittner M. , Pirajno F. , O'Neil J. , Little CT Evidence for early life in the Earth legrégebbi hidrotermikus szellőzőcsapadékaiban.  (angol)  // Természet. - 2017. - Kt. 543. sz. 7643 . - P. 60-64. - doi : 10.1038/nature21377 . — PMID 28252057 .
  20. ↑ Woese CR , Kandler O. , Wheelis ML Az organizmusok természetes rendszere felé: javaslat az Archaea, Bacteria és Eucarya tartományokra.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - 1. évf. 87. sz. 12 . - P. 4576-4579. — PMID 2112744 .
  21. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser Günter. Az ősi genomok rekonstrukciója felé génklaszter-igazítással  //  Szisztematikus és alkalmazott mikrobiológia. - 1998. - December ( 21. évf. , 4. sz.). - P. 473-477 . — ISSN 0723-2020 . - doi : 10.1016/S0723-2020(98)80058-1 .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 Gregory, Michael Mi az élet? . Clinton College. Az eredetiből archiválva : 2007. december 13.
  23. ↑ 1 2 3 4 5 Pace NR A biokémia univerzális természete.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - 20. évf. 98, sz. 3 . - P. 805-808. - doi : 10.1073/pnas.98.3.805 . — PMID 11158550 .
  24. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser G. Az elősejtektől az eukariáig – mese két lipidről.  (angol)  // Molekuláris mikrobiológia. - 2003. - 20. évf. 47. sz. 1 . - P. 13-22. — PMID 12492850 .
  25. ↑ Russell J. Garwood. Patterns In Palaeontology: Az evolúció első 3 milliárd éve  //  ​​Paleontology Online : folyóirat. - 2012. - Kt. 2 , sz. 11 . - 1-14 . o .
  26. ↑ Marshall, Michael Az élet egy bolygómega-organizmussal kezdődött . Új tudós . Letöltve: 2017. március 25. Az eredetiből archiválva : 2016. július 25.
  27. ↑ A DNS-replikációnak és transzkripciónak közös eredete lehet • Elizaveta Minina • Tudományos hírek az "Elemekről" • Evolúció, élet eredete, molekuláris biológia . Letöltve: 2020. augusztus 13. Az eredetiből archiválva : 2020. augusztus 20.
  28. ↑ Martin W. , Russell MJ A biokémia eredetéről egy lúgos hidrotermális szellőzőnél.  (angol)  // A Londoni Királyi Társaság filozófiai tranzakciói. B sorozat, Biológiai tudományok. - 2007. - Vol. 362. sz. 1486 . - P. 1887-1925. - doi : 10.1098/rstb.2006.1881 . — PMID 17255002 .
  29. ↑ Lane N. , Allen JF , Martin W. Hogyan keresett megélhetést a LUCA? Kemiozmózis az élet keletkezésében.  (angol)  // BioEssays : hírek és áttekintések a molekuláris, sejt- és fejlődésbiológiáról. - 2010. - 20. évf. 32. sz. 4 . - 271-280. - doi : 10.1002/bies.200900131 . — PMID 20108228 .
  30. ↑ Wade, Nicholas . Ismerje meg Lucát, a Minden élőlény ősét  (2016. július 25.). Archiválva az eredetiből: 2019. május 8. Letöltve: 2017. március 25.
  31. ↑ 1 2 Weiss Madeline C. , Sousa Filipa L. , Mrnjavac Natalia , Neukirchen Sinje , Roettger Mayo , Nelson-Sathi Shijulal , Martin William F. Az utolsó egyetemes közös ős fiziológiája és élőhelye  //  Nature Microbiology. - 2016. - július 25. ( 1. köt . 9. sz .). — ISSN 2058-5276 . - doi : 10.1038/NMICROBIOL.2016.116 .
  32. ↑ Xie Q. , Wang Y. , Lin J. , Qin Y. , Wang Y. , Bu W. A riboszomális RNS potenciális kulcsfontosságú bázisai az antibiotikum-érzékenység királyság-specifikus spektrumához és az eukarióták lehetséges régészeti eredetéhez.  (angol)  // Public Library of Science ONE. - 2012. - Kt. 7, sz. 1 . — P. e29468. - doi : 10.1371/journal.pone.0029468 . — PMID 22247777 .
  33. ↑ Yutin N. , Makarova KS , Mekhedov SL , Wolf YI , Koonin EV Az eukarióták mély archaeális gyökerei.  (angol)  // Molekuláris biológia és evolúció. - 2008. - Vol. 25, sz. 8 . - P. 1619-1630. - doi : 10.1093/molbev/msn108 . — PMID 18463089 .
  34. ↑ Steel M. , Penny D. Az élet eredete: Közös származás próbára téve.  (angol)  // Természet. - 2010. - 20. évf. 465. sz. 7295 . - P. 168-169. - doi : 10.1038/465168a . — PMID 20463725 .
  35. ↑ Egel Richárd. Primal Eukariogenesis: A precelluláris állapotok közösségi természetéről, a modern élet ősei   // Élet . - 2012. - január 23. ( 2. köt. , 1. sz.). - P. 170-212 . — ISSN 2075-1729 . - doi : 10.3390/life2010170 .
  36. ↑ Woese C. Az egyetemes ős.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1998. - Vol. 95, sz. 12 . - P. 6854-6859. — PMID 9618502 .
  37. ↑ Maynard Smith, John ; Szathmary, Eörs. Az evolúció főbb átmenetei  . - Oxford, Anglia: Oxford University Press , 1995. - ISBN 0-19-850294-X .
  38. ↑ Woese CR , Kandler O. , Wheelis ML Az organizmusok természetes rendszere felé: javaslat az Archaea, Bacteria és Eucarya tartományokra.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - 1. évf. 87. sz. 12 . - P. 4576-4579. — PMID 2112744 .
  39. ↑ Az archaea és a mélyen elágazó és fototróf baktériumok  / Boone, David R.; Castenholz, Richard W.; Garrity, George M.. - (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology). — ISBN 978-0-387-21609-6 . - doi : 10.1007/978-0-387-21609-6 .
  40. ↑ Valas RE , Bourne PE Egy származtatott szuperbirodalom eredete: hogyan kelt át egy gram-pozitív baktérium a sivatagon, hogy archeonná váljon.  (angol)  // Biology direct. - 2011. - Kt. 6. - P. 16. - doi : 10.1186/1745-6150-6-16 . — PMID 21356104 .
  41. ↑ Cavalier-Smith T. Az élet fájának gyökerezése átmeneti elemzésekkel.  (angol)  // Biology direct. - 2006. - Vol. 1. - P. 19. - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
 Az élet eredete
Fogalmak
Hipotézisek
Tanulmány