Atklājumi.lv

Dzīvības attīstības pirmsākumos evolūcija notikusi pat 4000 reižu straujāk, nekā mūsdienās

Agrīnās dzīvības formas uz Zemes visticamāk mutējušas un evolucionējušas daudz ātrāk, nekā mūsdienās, liecina jauna Ziemeļkarolīnas universitātes (ASV) zinātnieku veikta pētījuma rezultāti. 

Analīzes rezultātā zinātnieki noskaidrojuši, ka spontānas DNS mutācijas reiz notikušas pat par 4000 reizēm ātrāk, nekā tas vērojams šodien. Lielā evolūcijas ātruma dzinējspēks bijis ievērojami siltākais klimats, kas valdīja uz Zemes.

Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā “Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Analizējot ķīmiskās reakcijas, Ziemeļkarolīnas pētnieki noskaidrojuši, ka atsevišķu DNS ķīmisku pārmaiņu ātrums ievērojami pieaug, pieaugot apkārtējai temperatūrai. Šīs ķīmiskās reakcijas ir organismu spontānās mutācijas (un līdz ar to arī evolūcijas) dzinējspēks.

Kombinējot šo atklājumu ar nesen iegūtajiem pierādījumiem, ka dzīvība uz Zemes radusies laikā, kad mūsu planēta bija ievērojami karstāka, nekā šobrīd, zinātnieki secinājuši, ka spontāno mutāciju ātrums tolaik bijis vismaz 4000 reižu ātrāks, nekā tas novērojams mūsdienās.

Jautājums, vai dzīvība varēja evolucionēt līdz tās šā brīža sarežģītības līmenim, ņemot vērā ierobežoto laiku, nodarbināja zinātnieku prātus jau kopš brīža, kad Čārlzs Darvins pirms vairāk nekā pusotra gadsimta publicēja savu evolūcijas teoriju. Līdz šim gan Darvina evolūcijas teorijas atbalstītāji, gan skeptiķi visbiežāk pieņēma, ka evolūcijas ātrums laika gaitā ir palicis vairāk vai mazāk nemainīgs.

Jaunā pētījuma rezultāti sniedz atbildi uz vairāk nekā gadsimtu neatbildēto jautājumu - ievērojami lielāks evolūcijas ātrums nozīmē, ka sugas varēja attīstīties un skaitliski vairoties daudz straujāk, dodot Zemes florai un faunai pietiekami daudz laika, lai sasniegtu neiedomājamo daudzveidību un sarežģītību, ko šobrīd redzam sev apkārt.

Zeme izveidojās pirms aptuveni 4,6 miljardiem gadu no putekļu un gāzu mākoņa, kas aptvēra agrīno Sauli. Savu dzīvi tā sāka kā mežonīga, karstu, izkusušo iežu pasaule. Pēc tam Zeme pakāpeniski sāka atdzist. Sacietēja planētas virsējais slānis, izveidojot Zemes garozu. Turpinoties atdzišanai, atmosfērā nokļuva ūdens tvaiks, kas pirms aptuveni 4,3 miljoniem gadu sāka aizpildīt Zemes reljefa pazeminājumus, izveidojot okeānus.

“Jaunākie pierādījumi, kas iegūti no iežu paraugiem Austrālijā, liecina, ka pirmās dzīvības formas uz Zemes parādījās jau pirms 4,1 miljarda gadu – gandrīz acumirkli pēc šķidro okeānu rašanās,” pastāstījis Ričards Volfendens (Richard Wolfenden) no Ziemeļkarolīnas universitātes.

Tolaik Zemes virsas vidējā temperatūra bija tuvu ūdens vārīšanās punktam – 100 grādiem pēc Celsija. Tas ir par 75 grādiem vairāk, nekā mūsdienās.
Lai saprastu, kādu efektu tik augstas temperatūras varēja atstāt uz evolūciju, Volfendens kopā ar kolēģiem pievērās ķīmiskās reakcijas, citozīna dezaminēšanas, pētniecībai.

Citozīna dezaminēšana ir process, kas laiku pa laikam notiek visās šūnās, un ir viena no visbiežākajām reakcijām, kas izraisa spontānas DNS mutācijas.

Citozīns ir viena no trim (timīns, uracils un citozīns) DNS un RNS nukleotīdos ietilpstošajām pirimidīna bāzēm jeb pamatmolekulām (pazīstama kā “C” ģenētiskajā kodā). Dezaminēšanas reakcijā citozīns zaudē amīnu grupas atomus, kas noved pie citozīna mutācijas par timīnu (ģenētiskajā kodā “T)”.

Pētījuma autori eksperimentos noteica spontānās dezaminēšanas ātrumu dažādās temperatūrās citozīnam un vairākām citām citozīnam radniecīgām molekulām.
Eksperimentu rezultātā noskaidrojās, ka citozīna mutācijas ap 100 grādu temperatūrā pēc Celsija notiek vairāk nekā 4000 reižu straujāk.

“Tas bija pārsteigums pat man. Es nojautu, ka senais reakcijas ātrums varētu būt lielāks, nekā mūsdienu, bet neiedomājos, ka atšķirība būs tik liela, ” atklājis Volfendens.

Bet kā agrīnās dzīvības formas pielāgojās ārējās vides apstākļiem, kad augstās gaisa temperatūras dēļ viņu ģenētiskais materiāls tika pārveidots tik strauji? Uz šo jautājumu zinātniekiem vēl nav skaidras atbildes, tomēr, kā piemēru tam, ka šādos apstākļos dzīvība var veiksmīgi saglabāties, viņi minējuši mikroorganismus, kas mūsdienās mitinās hidrotermālajos avotos dziļi okeānu dzelmē un spēj izdzīvot un vairoties pat 120 grādu temperatūrā.

Sākotnēji DNS zināmā mērā stabilizējās komplementāro pavedienu (dubultspirāles) dēļ. Dzīvības formām evolucionējot, attīstījās aizvien sarežģītāki DNS bojājumu labošanas mehānismi.

“Šis atklājums mums sniedz ieskatu tajā grūtību apjomā, kāds bija jāpārvar pirmatnējiem organismiem, pirms tie varēja evolucionēt par sarežģītajām sistēmām ar pašlabošanas iespējām. Tas demonstrē arī to, kā aizsākās evolūcija, kas novedusi līdz tik daudzveidīgajai pasaulei, ko redzam šodien,” pētījuma rezultātus komentējis Volfendens.

Avots:

eurekalert.org

Brīvpieejas materiāls. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.