ممکن است حیات پیچیده یک میلیارد سال قدیمیتر از آنچه تصور میکردیم باشد
رفتار سلولهای پیچیده و هستهدار – از آمیب گرفته تا انسان – ممکن است خیلی زودتر از آنچه فکر میکردیم روی زمین تکامل یافته باشد.
به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; یک مطالعه جدید که اولین مراحل حیات پیچیده را بررسی میکند نشان میدهد که این انتقال از اجداد سادهتر تقریباً ۳ میلیارد سال پیش آغاز شد – مدتها قبل از اینکه سیاره ما سطوح اکسیژن لازم برای یک اکوسیستم یوکاریوتی پر رونق را داشته باشد.
این زمانبندی تقریباً یک میلیارد سال قدیمیتر از برخی تخمینهای قبلی است و نشان میدهد که زندگی پیچیده طی یک فرآیند بسیار طولانی و تدریجی به جای یک جهش ناگهانی تکامل یافته است.
دو نوع اصلی زندگی: پروکاریوت ها و یوکاریوت ها
راه های زیادی برای گروه بندی حیات روی زمین وجود دارد، اما شاید اساسی ترین آنها پروکاریوت ها در مقابل یوکاریوت ها باشد.
• پروکاریوت ها – از جمله باکتری ها و باستانی ها – اولین اشکال حیات روی زمین بودند. حدود ۴ میلیارد سال پیش. آنها ساختار بسیار ساده ای دارند: یک غشای سلولی، تعدادی پروتئین مقاوم و DNA آزاد در سیتوپلاسم.
• یوکاریوت ها دیرتر ظاهر شدند و بسیار پیچیده ترند. با هسته ها، اندامک ها، غشاهای داخلی ظریف و ژنوم های بزرگ و سازمان یافته.
این که یوکاریوتها چگونه دیر پدیدار شدند و ترتیب ظهور اجزای پیچیده آنها چگونه بود، برای دههها سؤال مهمی در زیستشناسی تکاملی بوده است.
یکی از ناشناختههای اصلی این است که میتوکندری – “نیروگاه” سلول – وارد داستان شده است. میتوکندری انرژی موجود در گلوکز را به ATP تبدیل می کند و برای زندگی حیاتی است.
دانشمندان بر این باورند که میتوکندری ها در ابتدا باکتری های آزاد بودند که وارد سلول دیگری شدند و به تدریج با آن مخلوط شدند. اما اینکه این اتفاق قبل یا بعد از پیچیده شدن سلول رخ داده است، برای درک چگونگی تکامل زندگی بسیار مهم است.
تجزیه و تحلیل “ساعت مولکولی” چه می گوید؟
برای پاسخ به این سوال، تیمی به سرپرستی کریستوفر کی از دانشگاه بریستول، ژنهای ساعت مولکولی طیف وسیعی از موجودات را تجزیه و تحلیل کردند.
تام ویلیامز، زیست شناس تکاملی محاسباتی در دانشگاه بتسدا، می گوید:
ما دادههای ژنتیکی صدها گونه را جمعآوری کردیم و آنها را با شواهد فسیلی ترکیب کردیم تا یک درخت زمانی حیات ایجاد کنیم. سپس از این چارچوب برای روشن کردن زمان رویدادهای تاریخی در خانوادههای ژنی استفاده کردیم.»
ساعت مولکولی چیست؟
ابزاری که به دانشمندان اجازه می دهد تخمین بزنند که چه زمانی گونه ها از هم جدا شده اند یا چه زمانی یک صفت ژنتیکی ظاهر شده است.
از آنجایی که تمام زندگی روی زمین:
• دارای کد ژنتیکی مشترک است،
• تقریباً از همان اسیدهای آمینه استفاده می کند،
• و به ATP وابسته است،
می توان میزان جهش ژنتیکی را در یک توالی DNA تخمین زد، سپس با مقایسه این توالی بین گونه ها، زمان نسبی جدایی آنها را محاسبه کرد.
در این مطالعه، محققان بر روی تفاوتهای اصلی بین پروکاریوتها و یوکاریوتها تمرکز کردند و مدلی به نام CALM به اختصار ساختند.
آرکئون مجتمع، میتوکندری پسین
(باستان های پیچیده، میتوکندری های متاخر).
نتیجه شگفت انگیز: اولین نشانه های پیچیدگی ۳ میلیارد سال پیش!
با توجه به یافته ها:
• اولین نشانه های ژنتیکی حیات پیچیده ۲.۹ تا ۳ میلیارد سال پیش ظاهر شد.
• این علائم شامل پروتئین های اکتین و توبولین، پیدایش یک اسکلت سلولی ساده و اولین ویژگی های پروتونوکلئوس است.
پس از آن تغییراتی به وجود آمد که منجر به تشکیل موارد زیر شد:
• غشاهای سیتوپلاسمی،
• اندامکی به نام بدن گلژی،
• و سیستم های تنظیم بیان ژن متنوع (مانند RNA پلیمرازها)
بوده است
اما میتوکندری …
میتوکندری نسبتاً دیر به وجود آمد – حدود ۲.۲ میلیارد سال پیش.
جالب اینجاست که این زمان مصادف با افزایش شدید سطح اکسیژن در زمین است. یعنی یوکاریوت ها ممکن است مسیر تکاملی خود را آغاز کرده باشند، اما افزایش اکسیژن به آنها کمک کرد تا به سرعت رشد کنند و گسترش پیدا کنند.
کریستوفر کی می گوید:
آنچه این مطالعه را متمایز میکند، بررسی دقیق عملکرد خانوادههای ژنی و تعاملات پروتئینی در مقیاس زمانی مطلق است.
وی تاکید می کند که این کار حاصل همکاری رشته های مختلف بوده است:
• دیرینه شناسی برای تعیین زمان،
• فیلوژنتیک برای ایجاد درختان معتبر،
• و زیست شناسی مولکولی برای تفسیر صحیح عملکرد ژن ها.
