Znanstveniki so morda odkrili manjkajočo povezavo med preprostimi in zapletenimi celicami, ki sestavljajo vse živali, rastline in glive.
Znanstveniki menijo, da enocelični organizmi, imenovani Archaea, ležijo med primitivnimi bakterijami, ki nimajo jedra, in kompleksnejšimi celicami ali evkarioti na evolucijski časovnici. Tako kot njihovi bakterijski bratranci tudi Archaea nima jedra, vendar mikrobi vsebujejo DNK in encime, ki se razmnožujejo DNK, ki so zelo podobni tistim v evkariontih.
Nekateri znanstveniki teoretizirajo, da so se evkarionti razvili pred približno dvemi milijardami let iz teh vmesnih organizmov, ko je starodavna arheja zgrabila mimoidoči mikroorganizem, ga sesala v svoj celični trebuh in ga spremenila v improvizirano jedro. Drugi nakazujejo, da so arheje prednikov oddajale potujoče "mehurčke", zgrajene iz lastne celične stene, ki so se zaskočile in nato integrirale koristne enocelične organizme, ki so delovali kot organeli sodobnega časa ali orgle podobne strukture znotraj celic, ki izvajajo specializirane funkcije.
Podrobnosti, povezane s tem velikim evolucijskim dogodkom, ostajajo nejasne, deloma tudi zato, ker so znanstveniki našli malo dokazov o prehodnem obdobju med preprostimi in zapletenimi celicami. Toda zdaj so raziskovalci določili potencialni most med prokarioti in evkarioti: presenetljiva podobnost je zakodirana v njihovih beljakovinah.
V evkariotih nekateri proteini prenašajo kratke sekvence, znane kot signali za jedrsko lokalizacijo ali NLS, da bi vstopili v jedro. Prenosni proteini se vežejo z NLS in nato skozi pore v jedrski membrani pospremijo še eno molekulo. V bistvu NLS delujejo kot varnostna značka mobilne telefonije.
Čeprav Archaea nima jeder, nekateri njihovi proteini vseeno nosijo značke, podobne NLS, kaže študija, objavljena 10. septembra v reviji Molecular Biology and Evolution. Avtorji nakazujejo, da so bile NLS pred nastankom jedra in so morda služile kot evolucijsko odskočna deska, ki je arhejem omogočila postopno razvijanje v zapleteno življenje.
"Narava ponavadi izumlja iz tega, kar že ima," je dejal evolucijski biolog Sergej Melnikov, podoktorski raziskovalec z univerze Yale in soavtor študije.
Te značke NLS zagotavljajo vmesno obliko med preprostimi in zapletenimi celicami - ugotovitev, ki je enakovredna odkrivanju ptičjega dinozavra ali pajkanju rib kot paleontolog, je Melnikov povedal LIve Science. "To je precej edinstveno, če trdimo, da te obstajajo v Archaei. Nihče si sploh ni mislil, da bi morali iskati NLS-je v Archaeju," je povedala računalniška biologinja Aravind Iyer, ki v Nacionalnem centru za biotehnološke informacije preučuje evolucijo proteinov in genomov, vendar ni bil vključen v trenutno študijo.
A niso prepričani vsi: Dva strokovnjaka sta za Live Science povedala, da NLS morda niso tista evolucijska pištola za kajenje, ki prikazuje, kako preproste celice so se razvile v bolj zapletene.
Kopanje za celične fosile
Namesto da bi se kopal skozi skeletne ostanke, se je Melnikov kopal po ribosomalnih beljakovinah celic, da bi sestavil svojo evolucijsko zgodovino. (Ribosomi so celične tovarne, ki pomagajo pri sestavljanju beljakovin.)
"Obstaja vsepovsod le nekaj genov, kar pomeni, da so prisotni v vseh življenjskih oblikah, je dejal Melnikov. Približno polovica teh ohranjenih genov kodira ribosomske beljakovine, je dejal, kar kaže na to, da imajo beljakovine dolgotrajno evolucijsko zapuščino, ki se lahko razteza vse do začetka življenja. V evkariotih ribosomski beljakovine vstopijo v jedro, ki ga je treba spremeniti, preden nastavijo v citoplazmi; uživajo v enostavnem dostopu do jedra zahvaljujoč svojim NLS.
S primerjavo strukture ribosomalnih beljakovin, vzorčenih z vseh treh področij življenja - Archaea, Bakcteria in Eukarya -, je Melnikov želel opaziti ta podpisna zaporedja. Skupine Archaea, ki jih je raziskoval, so med tistimi, ki jih danes lahko najdemo v naravi.
Glej in glej, Melnikov in njegovi sodelavci so odkrili štiri arhealne proteine, opremljene z varnostnimi značkami, podobnimi njihovim evkariontskim kolegom. NLS-jem podobne sekvence so se pojavile v več skupinah Archaea, zato so raziskovalci sklepali, da se je ta pojav pojavil že v zgodnji zgodovini arhejske evolucije. (V Archaei pa NLS verjetno v glavnem pomaga organizmom lažje identificirati nukleinske kisline, gradnike DNK in RNK. Čeprav evkariontske NLS opravljajo tudi to funkcijo, so bolj znane po tem, da pomagajo beljakovinam v jedru.)
Skupina je preizkusila, ali so bile NLS funkcionalno zamenljive v kraljestvu življenja, in zamenjale evkariontsko značko za arhejsko. Zdi se, da so pod svetlobnim mikroskopom arhealne NLS delovale tako kot evkariontske NLS in svojim pridruženim beljakovinam omogočile dostop do jedra. Kljub deljenju istih funkcij NLS pri evkariotih in Arhaji morda niso evolucijsko povezani, pravijo strokovnjaki.
Iyer, na primer, ostaja dvomljiv v ugotovitvi. NLS sestavljajo le pet do šest gradnikov beljakovin, imenovanih aminokisline. Zaradi kratke dolžine in posebne kemijske strukture se NLS statistično verjetno pojavljajo v beljakovinah zgolj naključno, je Iyer povedal Live Science.
Z drugimi besedami, arhealna in evkariontska zaporedja so se lahko pojavila neodvisno in zato ne bi bila evolucijsko povezana. Iyer je dejal, da bo bolj prepričan, če bodo nadaljnje raziskave odkrile arhealne NLS v dodatnih beljakovinah, podobnih tistim, ki vstopajo v jedro v evkariotih.
"Na koncu to samo kaže, da so ta zaporedja verjetno stala pred jedri," je Buzz Baum, celični in evolucijski biolog iz laboratorija za molekularno celično biologijo MRC v Angliji, povedal Live Science v elektronskem sporočilu. Archaea, ki imata številne genetske podobnosti s sodobnimi evkarionti, še vedno nimata jeder in organelov, je pojasnil, zato je težko razbrati, kako so te NLS privedle do razvoja jeder.
- Ekstremno življenje na Zemlji: 8 bizarnih bitij | Živa znanost
- 7 teorij o nastanku življenja | Živa znanost
- Galerija: Mavrica življenja v Velikem slanem jezeru | Ekstremofili | V živo…
Prvotno objavljeno dne Živa znanost.
