Atklājumi.lv

Arheju atklājējs un RNS pasaules hipotēzes autors Karls Vēse, 1928-2012

Amerikānis Karls Vēse (Carl Woese) nebija plaši pazīstams ārpus mikrobioloģijas un evolucionārās bioloģijas aprindām. Tomēr viņa devums organismu sistemātikā kā arī vispārējo priekšstatu par dzīvības evolūciju attīstībā ļauj pagājušā gada 30. decembrī 84 gadu vecumā mirušo Vēsi ierindot 20. gs. izcilāko zinātnieku pulkā.

Vēses galvenais sasniegums ir trīsdaļīgās organismu sistēmas izstrāde. Līdz 20. gs. septiņdesmitajiem gadiem un dažviet vēl pat šobrīd mācību grāmatās organismi tiek iedalīti divās lielās pamatgrupās - prokariotos un eikariotos, pirmajā ievietojot vienšūņus bez atsevišķi nodalīta šūnas kodola (baktērijas, zilaļģes, vīrusi), bet otrajā visus citus organismus (sēnes, augus un dzīvniekus), kuru ģenētiskā informācija atrodas no pārējās šūnas ar membrānu atdalītā kodolā. Tika uzskatīts, ka eikarioti ir evolucionējuši no prokariotiem. Tomēr, pētot primitīvo organismu ribosomu (šūnu proteīnu "fabrikas", kas veidotas no proteīnu un ribonukleīnskābes molekulām) RNS sekvences (rRNS), Vēse atklāja, ka liela grupa sīkbūtņu, kuras līdz tam pieskaitīja baktērijām, ģenētiski un bioķīmiski no tām atšķiras tikpat daudz kā augi un dzīvnieki. Jauno grupu, kurā ietilpst daudzas īpaši ekstrēmos apstākļos, piemēram verdošos avotos un naftas ezeros dzīvojošas būtnes, Vēse sākotnēji nosauca par arhebaktērijām. Līdzšinējā koncepcija par eikariotu evolūciju no prokariotiem neguva filoģenētisko apstiprinājumu - eikariotu kodolu līnija (atšķirībā no baktēriju cilmes organoīdiem - mitohondrijiem un hloroplastiem) nebija jaunāka par prokariotiem piederīgajām arhejām - tā bija tikpat veca kā arhejas un tai radniecīga. Faktiski tas nozīmēja, ka visa līdzšinējā dzīvība ar tās trim valstīm ir evolucionējusi no priekštečiem, kas dzīvojuši uz jaunās Zemes pirms aptuveni 3,5 - 3,8 miljardiem gadu. Dzīvības sākotnējo sprādzienveida evolūciju Vēse pats uzskatīja par sava mūža svarīgāko atklājumu. Vispirms no nezināmā pirmsenča atdalījās baktērijas, tad kādu laiku pastāvēja vēlāko eikariotu (tai skaitā cilvēku) un arheju kopīgais sencis, kura pēcteči pēc precīzi nezināma laika posma sašķēlās divos neatkarīgos zaros - arhejās un eikariotos. Turklāt jau tobrīd - kā uzskatīja Vēse - arhaisko protobūtņu šūnās ir bijušas visas svarīgākās, eksistencei nepieciešamās sastāvdaļas.

1977. gadā Vēse, kopā ar savas komandas biedriem un kolēģiem publicēja trīs seminālus rakstus, kuros tika pierādīta arheju kā trešās, "noslēptās" dzīvības valsts eksistence. Par nozīmīgāko no šīm publikācijām nereti uzskata rakstu "Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms". Šajā rakstā, balstoties uz rRNS atšķirībām Vēse prokariotus iedalīja eubaktērijās un arhebaktērijās. Vēlāk, 1990. gadā, precizējot terminoloģiju, Vēse ar līdzautoriem Kendleru un Vīlisu ASV Nacionālās zinātņu akadēmijas rakstu krājumā publicēja pētījumu, kurā visus organismus piedāvāja iedalīt arheju, baktēriju un eikariotu valstīs. Sākotnēji daudzi biologi, tai skaitā tādi pazīstami zinātnieki kā Salvadors Lūrija un Ernsts Meirs noraidīja Vēses piedāvāto klasifikāciju, uzskatot, kā tāda, šķietami tik maznozīmīga lieta kā ribosomu ģenētiskā uzbūve nevar aizvietot morfoloģiju (galvu, zobu, astu, u.c. ķermeņa daļu izmēri un forma) un fizioloģiju (vairošanās veids, metabolisms, u.c.) dzīvnieku radniecības noteikšanā. Norādot uz kritikas neobjektivitāti, Vēse esot teicis: "es rādu uz Mēnesi, bet viņi pievērš uzmanību pirkstam!" Tomēr, pārliecinoties par Vēses rezultātu pareizību un iegūstot jaunu, rRNS universālo nozīmi apstiprinošu pētījumu rezultātus, ar laiku arvien vairāk pētnieku pieņēma trīsdaļīgo organismu dalījumu kā Zemes dzīvo būtņu taksonomijas virsbūvi. Stenforda universitātes mikrobiologs Džastins Sonenburgs, kurš pēta cilvēka uztura un kuņģa-zarnu trakta mikrobu saistību, par arheju atklāšanas nozīmīgumu ir teicis: "[Vēses] 1977. g. raksts ir viens no nozīmīgākajiem mikrobioloģijā, ja ne pat bioloģijā kopumā. Tas, dodot evolucionāro modeli mikrobu pasaules neticamās daudzveidības izpratnei, pielīdzināms Votsona un Krika un Darvina darbiem."

Praktiskajā zinātnē rRNS nozīmes izprašana ļāva veikt nopietnākus un plašākus pētījumus mikrobu ekoloģijā. Pirms zinātniskajā apritē ienāca Vēses izstrādātā rRNA sekvenču metode, mikrobiologiem faktiski nebija veida kā ātri un efektīvi noteikt atsevišķu mikroorganismu savstarpējo filoģenētisko saistību un pētīt to ietekmi un vietu vidē. Tagad mikrobiālā ekoloģija ir kļuvusi par vienu no visstraujāk augošajām bioloģijas nozarēm, par ko liecina, piemēram, Cilvēka mikrobiomas projekts, kura mērķis ir kataloģizēt katru no miljardiem mūs apdzīvojošo mikrobu sugām.

Cits, nozīmīgs Vēses devums zinātnes attīstībā ir t.s. RNS pasaules hipotēzes izstrādāšana. Šo hipotēzi, atbilstoši kurai prebiotiskā dzīvība uz mūsu planētas vispirms radās nevis uz sarežģītās DNS, bet vienkāršākās RNS bāzes, apkopojot un attīstot Fr. Krika un citu ģenētiķu iepriekš izteiktās domas, Vēse izklāstīja savā 1967.g. publicētajā grāmatā "The genetic code: The molecular basis for genetic expression". Pats termins "RNS pasaule" apritē gan ienāca vēlāk - pirmais, komentējot nesenos atklājumus par dažādu tipu RNS katalizējošām īpašībām, 1986.g. to izteica Nobeļa balvas laureāts, ķīmiķis Valters Gilberts.

Karls Vēse piedzima 1928. g. Sirakūzās, Ņujorkas štatā. Bakalaura grādu Vēse ieguva Amhērsta koledžā Masačūsetā, kur studēja matemātiku un fiziku. Amhērstas laikā Vēsem sākotnēji nebija "zinātniskas intereses par augiem un dzīvniekiem" un bioloģijai viņš veltīja tikai vienu kursu savā pēdējā gadā. Šādu interesi viņam spēja radīt asistējošais fizikas profesors V. Feirbenks, kurš daudzsološajam jaunajam zinātniekam ieteica turpināt izglītību, apgūstot biofiziku Jēla universitātē. Vēse paklausīja Feirbenka ieteikumam un 1953.g. Jēla universitātē aizstāvēja zinātņu doktora grādu biofizikā. Viņa doktorantūras pētījuma tēma bija vīrusu deaktivizācija, izmantojot karstumu un jonizējošo starojumu. Divus gadus Vēse studēja medicīnu Ročesteras universitātē, taču, nokļuvis pediatrijas praksē, divu dienu laikā saprata, ka ārsta karjera tomēr nav domāta priekš viņa. Pēc Ročesteras Vēse kļuva par pēcdoktorantūras pētnieku Jēla universitātē, pievēršoties baktēriju sporām. No 1960. līdz 1963.g. K. Vēse strādāja par biofiziķi kompānijas "General Electric" Pētījumu laboratorijā, kur viņš sāka padziļināti interesēties par ģenētisko kodu un ribosomām.

1964.g. molekulārbiologs Sols Špīgelmens uzaicināja Vēsu pievienoties mikrobioloģijas fakultātes pētnieku komandai Ilinoisas universitātē, kura kļuva par viņa pēdējo darba vietu līdz pat nāvei. Ilinoisas universitātē Vēse specializējās arheju, genomikas un molekulārās evolūcijas pētījumos.

Sava garā zinātnieka mūža laikā Vēse ir saņēmis daudz dažādas atzinības un balvas. Tai skaitā kļuvis par ASV zinātņu akadēmijas un Lielbritānijas Karaliskās biedrības akadēmiķi, saņēmis Makartura balvu, ASV Nacionālo zinātnes medaļu, Nīderlandes karaliskās Mākslu un zinātņu akadēmijas Lēvenhuka balvu, ko uzskata par augstāko mikrobioloģijas atzinību pasaulē un citus pagodinājumus.

Augšējā attēlā: Karls Vēse pie sistemātikas tabulas. 2000. gadu sākums. Ilinoisas universitātes publicitātes foto.

Avoti un literatūra:

sciencemag.org
phylogenomics.blogspot.com
britannica.com
pnas.org