Kuidas Vana Elu Võib Tulla

{h1}

Genoomilised uuringud näitavad järjekindlalt, et kogu elu maal on seotud, kuid meie varajased esivanemad ei pruugi olla kujunenud samamoodi nagu me praegu teeme.

Perepuu ühendab mitmekesise üksikisikute rühma, kellel kõigil on geneetilised jäljed ühest ühisest esivanemast puu aluses. Kuid see organisatsiooniline struktuur laguneb, kui geneetiline teave on ühiskondlik ressurss kui pere valdamine.

Mõned tõendid viitavad sellele, et varane areng võib põhineda geenide kollektiivsel jagamisel. Teadlaste rühm otsib nüüd ühisest esivanemast selgeid geneetilisi jälgi.

Kuid meie vaimustumine perepuudega on keeruline.

Mu isa töötas reisil ja kui ta saabus uude linna, avas ta telefoniraamatu ja kontrollis kedagi, kes on loetletud meie ebatavalise perekonnanimega. Vahel ta päästab löögi ja julgelt kutsub neid üles küsima: "Kas me oleme seotud?"

Vastus oli alati jah, kuna ühine seos oli sageli minu vanaisa vanaisa.

Nagu mu isa, on bioloogid uudishimulised perekondlikest sidemetest, kuid nad teevad seda süstemaatilisemalt. Selle asemel, et telefoniraamatuid, kipuvad inimesed läbi geneetiliste koodide inimestelt bakteridesse ja palju vahepeal. Põhiküsimus on järgmine: kas üldiselt leitud geenid on sarnased, et viidata ühisele päritolule?

Vastus on alati olnud jah. See tähendab, et me kõik kuuluvad mõnele universaalsele elupuule. Ja selle puu aluses - mõned on ette kujutanud - seal asetseb vähem kui 3 miljardit aastat tagasi elanud kergelt meelestatud mikroob, teadmata, et tema geenid oleksid kogu planeedi lähtepunktiks kõrgelt diferentseeritud elule.

Kuid see organism, nn viimane universaalne esivanem (või LUCA), võib olla lihtsalt fantaasia.

Illinoisi ülikool Nigel Goldenfeld on Urbana-Champaigni juhtiv NASA Astrobioloogia Instituudi uus meeskond, mille eesmärk on mõista, kuidas areng toimib enne liikide või isegi geenide olemasolu.

Illinoisi ülikool Nigel Goldenfeld on Urbana-Champaigni juhtiv NASA Astrobioloogia Instituudi uus meeskond, mille eesmärk on mõista, kuidas areng toimib enne liikide või isegi geenide olemasolu.

Krediit: Lou McClellan.

"Meie perspektiiv on see, et elu tekkis kollektiivsest riigist ja seega ei ole üldse selge, et esineb üht ainulaadset organismi," ütles Nigel Goldenfeld Illinoisi ülikoolist Urbana-Champaignis.

Sellele kollektiivsele riigile kuuluvad organismid oleksid jaganud geneetilist teavet naaberriigist naabrile, mitte ainult vanemelt teisele järglastele. Goldenfeld juhib uue NASA Astrobioloogia Instituudi (NAI) meeskonda, mille eesmärk on anda selgem arusaam selle varajase arengujärgu kohta.

"Loodetavasti leidame kollektiivse riigi fossiilid organismide genoomides," ütles Goldenfeld.

Goldenfeldi meeskond teostab geneetilisi uuringuid, mis püüavad kogukonnapõhise evolutsiooni allkirju jama teha. Nad täiendavad seda valdkonda ja laboratoorseid töid teoreetilise modelleerimise ja arvuti simulatsioonidega.

"Lõppeesmärk on mõista, kuidas meie planeedi biokeemia on universaalsete elukorralduste näideteks, lahendades seega küsimuse, kas elu on füüsika seaduste vältimatu ja seega laiaulatuslik tulemus," ütles Goldenfeld.

Aeg enne Darvinismi

Võib tunduda imelik, et organismi geneetiline kood võib olla "rahvarohvrite" tagajärg. Oleme tuttavad traditsioonilisest taastootmisest, mida kasutavad linnud ja mesilased. [Eluea kood: 10 looma genoomid dekrüpteeritud]

Nn vertikaalse geeniülekande korral pärandab organism oma genoomi oma vanematest, kuid ta ei saa täpset koopiat. Väikesed muudatused sisestavad koodi reproduktiivse segamise ja mutatsioonide kaudu. Nagu Darwin märkis, muudab see "laskumine koos muudatustega" lõpuks raisismisiivsete organismide (või liikide) populatsiooni arenguks.

Kui iga DNA fragment oleks ainult modifitseeritava laskumise saadus, siis võiks iga organismi asetada ühe esivarust tekkiva elu puu alla. Kuid nagu selgub, "erinevad geenid lähevad tagasi erinevatele esivanematele," ütles Connecticuti ülikooli Peter Gogarten, kes on teinud ulatuslikku tööd võrdlevas geneetikas.

Kuidas on see võimalik? See võib juhtuda, kui organismidel on geenid. Kujutage ette konkreetse sugupuu liikmetele kuuluv geen. Ühel päeval muutub see geen isoleerituks ja see tõuseb teise organismi koos teise sugupuuga. Partnerite vahel puudub reprodutseerimine - ainult konkreetse geeni "vastuvõtmine".

See nn horisontaalne geeniülekanne on üsna levinud bakterite ja arheaanide seas, mida näitab antibiootikumiresistentsus. Kui konkreetne bakter areneb mõne ravimi vastu, võib vastav geen edasi liikuda horisontaalselt teistele samas koloonias.

Aastal 2008 avaldatud uuring National Journal of Sciences of the National Academy of Sciences (PNAS) leidis, et 80 protsenti geenidest bakterites oli minevikus horisontaalselt üle kantud.

Keerulistes organismides ilmneb ka horisontaalne (või lateraalne) geeniülekanne, kuigi vähemal määral. Teadlased on näidanud, et taimede ja loomade iidsed esivanemad "neelasid" teisi baktereid, et moodustada sümbiootilisi seoseid, mis lõpuks põhjustasid spetsiaalsed rakulised komponendid, näiteks mitokondrid ja kloroplastid.

Tema töös on Gogarten näidanud, et horisontaalne geenide ülekandmine muudab elupuu paksuks põõsasteks harudeks, mis üksteisega üksteisega kokku puutuvad. Paljud nendest harukestest olid lõppenud juba ammu väljasuremise tõttu, kuid mõned geenid elavad meis tänu geenide horisontaalsele ülekandele.

Mitmed uuringud osutavad sellele, et horisontaalne geenide ülekanne oli minevikus enam levinud, kui mitte ainult ühetuumalised organismid asusid Maale.

"Mulle meeldib mõelda varajasest elust pigem lahutamatutesse liblikuvormidesse," ütles Goldenfeld. "Sellisel kommunaalsel eluviisil poleks mingit tähendusrikkaid sugupuu, sest see on kogukond, mis erineb päritolu, mitte üksikute organismaliikide järgi." [[7 üllatuvad teooriad elulaadi kohta]]

Carl Woese oli üks esimesi teadlane, kes väitis, et varajane elu sõltub suuresti horisontaalsest geeniülekandest.

Carl Woese oli üks esimesi teadlane, kes väitis, et varajane elu sõltub suuresti horisontaalsest geeniülekandest.

Krediit: Illinoisi Ülikool

Evolutsiooni areng

Goldenfeldi kolleegi hilinenud Carl Woese oli üks esimesi teadlane, kes väitis, et varajane elu sõltub suuresti horisontaalsest geeniülekandest. Woese möödus eelmise aasta detsembris. Ta on ehk kõige paremini meeldejääv, et klassifitseerida elu tänapäeval hästi aktsepteeritud bakterite, eukarüootide (taimede, loomade, seente ja protistlike) ja arheede valdkondadesse.

Aastal 1987 kirjutas Woese geeniülekande ohjeldamatu horisontaalse geeni ülekandmise tagajärgede kohta. Sellises stsenaariumis: "bakteril pole tegelikult omaette ajalugu: see oleks evolutsiooniline kimäär".

"Kimäär" on Kreeka mütoloogia olend, mis ühendab lõvi, kitse ja madu omadusi. See hübridisatsioon tõenäoliselt andis kimäärile eelise oma konkurentide ees.

Aastal 2006 avaldatud PNAS-dokumendis Kalin Vetsigian, Woese ja Goldenfeld näitasid, et mikrobioloogilised kimäärid võivad samuti eelistada oma bioloogilisi kolleege. Teadlased kasutasid arvutimudeleid, et näidata, et geneetiline kood võib areneda tõhusamalt, kui organism jagab oma geene kollektiivselt. Horisontaalne geenide ülekanne osutus pigem paremaks "innovatsiooni jagamise protokolliks" kui vertikaalne (Darwinistide) ülekanne.

Nüüd, oma NAI meeskonnaga, soovib Goldenfeld kinnitada neid simulatsioone geneetilise uuringuga. Täpsemalt, need on suunatud arheale, mille geene pole veel täpselt uuritud teistest valdkondadest, Goldenfeld ütles.

Rühm on eriti huvitatud sellest, kuidas esialgselt arenenud võime areneda. "Evolutsiooni areng" kõlab nagu kana-muna probleem - eriti kui te arvate, nagu näiteks Goldenfeld, et elu on oma olemuselt midagi, mis võib areneda.

Kuid evolutsioon võib sama eesmärgi saavutamiseks kasutada erinevaid mehhanisme. Goldenfeldi meeskond püüab mõnede elu varasemate evolutsiooni faaside taastamiseks rakke rõhutada ja seejärel näha, kuidas nende genoomid reageerivad.

Universaalne bioloogia

Kuid DNA-tõendid on vaid viieaastase uurimisprojekti üks aspekt.

"Me tahame mõista, kuidas areng toimib enne, kui seal on liike või isegi geene," sõnas Goldenfeld. "Niisiis läheb see kaugemale kui" liikide päritolu "lähenemisviis evolutsioonile, nagu rahvastiku geneetika."

Kuidas üks õpib evolutsiooni ilma geneetika? Üks leiab mängu "reeglitest", et geneetiline kood on vaid üks manifestatsioon. Goldenfeld nimetab seda "universaalset bioloogiat". See on katse destilleerida meie spetsiifilistest biokeemiatest üldised füüsilised seadused, mis elavdavad asju.

Füüsikuna on Goldenfeld näide termodünaamikast. Elu peab järgima energia säilitamist ja kasvava entroopia õigust, mis kindlasti mõjutab seda, kuidas organismid optimeerivad ressursside kasutamist.

Teised eeskirjad hõlmavad seda, kuidas genoomi varieeruvuse hulga ülekandumist põlvest põlve. Liiga väike variatsioon ja organismid ei suuda kohaneda muutustega keskkonnas. Liiga palju variatsioone ja organismid ei suuda säilitada kasulikke tunnuseid.

Meeskond võib paigutada erinevaid reegleid arvutisimulatsioonile ja vaadata, milline kunstlik elu ilmub. Goldenfeld usub, et universaalse bioloogia põhimõtete sõnastamine võib aidata vastata ühele suurimale kõigile küsimustele.

"Tahaksime paremini mõista, miks elu üldse on olemas." Ütles Goldenfeld. "Kas see on nähtus, mis peaks olema üldine, nagu näiteks kristalse tahke aine moodustamine või kas see on midagi haruldast ja veiderit?"

See on eriti huvitav astrobioloogidele, kes ei tea, kui tõenäoline, et me pole üksi. Kui elu lõpuks mujal leitakse, väidab Goldenfeld, et meil on mõned ühised asjad. [Mars Discovery tõstatab küsimuse: mis on elu?]

"Universaalse bioloogia põhimõtteid tuleks kohaldada kogu elu suhtes, olenemata sellest, kas see on süsinikkeemia põhinev või midagi võõrast," ütles ta.

Midagi võõras? Okei, et võib-olla see tähendab, et nad ei ole telefoniraamatus.

Seda lugu pakkus NASA astrobioloogiaprogrammi sponsoreeritud veebipõhine väljaanne Astrobiology Magazine.


Video Täiendada: 12 Rules for Life: London: How To Academy.




Uurimistöö


Bizarre Radar Echoes Solved, 50 Aastat Hiljem
Bizarre Radar Echoes Solved, 50 Aastat Hiljem

Sahara Läks Rohelisest Kõrbest Flashi
Sahara Läks Rohelisest Kõrbest Flashi

Teadusuudised


Pigeonid Peksid Inimesi Monty Halli Lahendamisel
Pigeonid Peksid Inimesi Monty Halli Lahendamisel

Tiny, 540-Miljonilise Aastase Inimese Esivanem Ei Olnud Anus
Tiny, 540-Miljonilise Aastase Inimese Esivanem Ei Olnud Anus

Uus Imaxi Film Toob Elu Sügavale Merre
Uus Imaxi Film Toob Elu Sügavale Merre

Kas Aafrika On Inimkonna Häll?
Kas Aafrika On Inimkonna Häll?

Egiptuses Leitud Vaarao
Egiptuses Leitud Vaarao "Ainsa Sõbra" Ja "Salajase Hoia" Haud


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com