Atklājumi.lv

Jaunākie atklājumi ļauj ieskatīties dzīvības pirmsākumos

Dzīvības izcelšanās un evolūcija ir viens no sarežģītākajiem procesiem dabā, kura pētniecībai savu dzīvi veltījuši daudzi izcili zinātnieki. Tomēr pat pēc neskaitāmiem pētījumiem dzīvības pirmsākumi un tās tālākā attīstība līdz pat mūsdienām ir palikusi viena no lielākajām zinātnes pasaules mīklām.

Nesen veikti jauni, nozīmīgi atklājumi, kas ļāvuši dziļāk ieskatīties dzīvības izcelšanās un evolūcijas pirmsākumos. Upsalas universitātes zinātnieki (Zviedrija) atklājuši jaunu mikroorganismu grupu, kas aizpilda „robu” dzīvības evolūcijā, savukārt Londonas universitātes koledžas (Lielbritānija) zinātniekiem izdevies ielūkoties norisēs, kas, iespējams, likušas pamatus dzīvo organismu dzimšanai. 

Šūnas ir visas dzīvības pamatsastāvdaļa, taču dažādiem organismiem tās nebūt nav līdzīgas. Piemēram, baktērijām un mikrobiem šūnas ir nelielas un ar vienkāršu uzbūvi, bet lielākiem radījumiem, piemēram, zīdītājiem, tās ir veidotas ievērojami lielākas, ar sarežģītāku uzbūvi. Neizskaidrots paliek jautājums, kā no vienkāršajām šūnām varēja rasties daudz sarežģītākas uzbūves šūnas, kā arī tas, kā aizpildīt evolūcijas „robu” starp šobrīd zināmajiem vienkāršo šūnu organismiem un organismiem ar ievērojami komplicētāku šūnu uzbūvi.

Kā liecina šī gada 6.maijā žurnālā „Nature” publicēts raksts, uz šo jautājumu atbildi guvuši Upsalas universitātes zinātnieki sadarbībā ar kolēģiem no Norvēģijas un Austrijas, kuri atklājuši mikroorganismu grupu, kas reprezentē līdz šim nezināmo posmu evolucionārajā pārejā no vienkāršas uz sarežģītākas uzbūves šūnām.
20.gadsimta 70.gados biologs Karls Vēse (Carl Woese) (sk.: "Arheju atklājējs un RNS pasaules hipotēzes autors Karls Vēse, 1928-2012", atklajumi.lv, 24.02.2013.) nāca klajā ar paziņojumu, ka ir atklājis jaunu mikroorganismu grupu – arhebaktērijas jeb arhejus. Neskatoties uz to, ka arheju šūnas bija vienkāršas uzbūves, līdzīgi kā baktērijām, pētnieki atklāja, ka šī mikroorganismu grupa ir radniecīga organismiem ar kompleksajām šūnām – eikariotiem. Šai brīdī zinātniekiem radās jautājums, kā gan no arhebaktēriju vienkāršajām šūnām ir attīstījušās daudz sarežģītākās eikariotu šūnas?

Jaunatklātā mikroorganismu grupa, kas aizpilda „robu” eikariotu evolūcijā, nodēvēta par Lokiarchaeota, jeb saīsinājumā Loki. Tie pieder arheju valstij.
Savu nosaukumu Loki ieguvuši par godu vietai, kur tie atklāti – 2008.gadā uzietā hidrotermālo avotu sistēmā Loki (Lokija) pils (Loki`s Castle) Vidusatlantijas grēdā starp Grenlandi un Norvēģiju 2352 m dziļumā.

Hidrotermālie avoti ir vulkāniskas sistēmas okeāna dibenā. Tie parasti tiek uzskatīti par dzīvībai nedraudzīgiem apstākļiem, taču šādos ekstrēmos vides apstākļos ir iespējams atrast dažādus nezināmus mikroorganismus, ko zinātnieki mēdz dēvēt par „mikrobu tumšo matēriju”.

„Eikariotu šūnu izcelsmes puzle ir neiedomājami sarežģīta, un tajā joprojām trūkst daudzu gabaliņu. Sākot pētījumu, mēs cerējām, ka Loki ļaus atrast vismaz dažus no tiem. Nonākot pie rezultātiem, mēs nespējām noticēt savām acīm – izrādījās, ka Loki genoms reprezentē šūnu starpformu starp vienkāršajām mikrobu šūnām un kompleksajām eikariotu šūnām,” pašu zinātnieku pārsteigumā par nozīmīgo atklājumu dalījies vadošais pētnieks Thijs Ettema no Upsalas universitātes.
Kad Loki tika „ievietots” dzīvības kokā, pētnieku pieņēmums par Loki kā iztrūkstošo posmu eikariotu evolūcijā, guva apstiprinājumu.

Tika atklāts arī, ka Loki genomā ir atrodami arī vairāki, specifiski eikariotiem raksturīgi gēni, kas mudina domāt, ka šūnu daudzveidība sāka attīstīties jau agrā eikariotu evolūcijas posmā.

Arī Londonas universitātes koledžas zinātnieku pētījums ir saistīts ar hidrotermālo avotu nozīmi dzīvības evolūcijā – britu zinātnieki uzskata, ka tajos sākusies dzīvības eksistencei nepieciešamo organisko molekulu veidošanās. Tā rezultāti publicēti žurnālā „Chemical Communications”.

„Ir daudz spekulācijas par to, ka hidrotermālie avoti varētu būt pirmo dzīvības formu šūpulis. Ūdenī izšķīdušā formā ir daudz ogļskābās gāzes, kas spēj sniegt dzīvības formu veidošanai nepieciešamo oglekļa daudzumu. Turklāt avotos ir daudz enerģijas ūdens karstuma un turbulentās plūsmas dēļ. Tas, ko pierāda šis pētījums, ir tas, ka hidrotermālajiem avotiem piemīt arī ķīmiskās īpašības, kas spēj vienkāršās molekulas savienot molekulās, kas parasti tiek asociētas ar dzīvajiem organismiem,” norādījusi pētījuma vadītāja Nora de Leeuw.

Kombinējot laboratorijas eksperimentus un datorsimulācijas, zinātnieki radīja hidrotermālo avotu apstākļus.

Pētījuma rezultāti parādīja, ka minerālvielu daļiņām hidrotermālajos avotos ir līdzīgas ķīmiskās īpašības kā enzīmiem jeb fermentiem – lielmolekulārajiem biokatalizatoriem, kas pārvalda ķīmiskās reakcijas organismos. Tās darbojās līdzīgi kā enzīmi, saraujot saites starp oglekļa un skābekļa atomiem, tā ļaujot tiem savienojumā ar ūdeni pārveidoties par skudrskābi, etiķskābi, metanolu un pirovīnogskābi . Savukārt šo ķīmisko vielu sintēze ļāva dot zaļo gaismu ievērojami sarežģītākai uz oglekli balstītai ķīmijai.

Šis pētījums demonstrē, kā varētu būt noticis viens no pirmajiem soļiem dzīvības attīstībā, kā arī pierāda, ka vienkāršas organiskās vielas var tikt sintezētas dabā bez dzīvo organismu klātbūtnes.

Attēls: Hidrotermālais avots - "baltais smēķētajs" - okeāna dzelmē. Avots: wikimedia.org.

Avoti:

sciencedaily.com
eurekalert.org

Brīvpieejas materiāls. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.