همهٔ حیات روی زمین یک نیای مشترک دارد – سایت علمی بیگ بنگ

بیگ بنگ: آخرین نیای مشترک همهٔ موجودات زنده (LUCA) ناگهان حدود ۴٫۲ میلیارد سال پیش روی زمین ظاهر نشد. برخی از ژن‌های او از منبعی حتی کهن‌تر و اسرارآمیزتر آمده‌اند.

به گزارش بیگ بنگ، “آرون گلدمن” زیست‌شناس کالج اوبرلین در آمریکا توضیح می‌دهد: «در حالی که آخرین نیای مشترک جهانی قدیمی‌ترین جانداری است که می‌توانیم با روش‌های تکاملی مطالعه کنیم. اما بعضی از ژن‌های موجود در ژنوم او بسیار قدیمی‌تر بوده‌اند.»

“گلدمن” به همراه دو زیست‌شناس دیگر – “گرگ فورنیه” از MIT و “بتول کاچار” از دانشگاه ویسکانسین-مدیسن – در مقاله‌ای تحلیلی جدید استدلال می‌کنند که اگر می‌خواهیم دربارۀ بنیان‌های حیات روی زمین بیشتر بدانیم، باید این ژن‌های بسیار کهنِ کُدکنندهٔ پروتئین را با دقت بیشتری بررسی کنیم.

آن‌ها نخستین کسانی نیستند که از خانواده‌های ژنی باستانی برای بازسازی عمیق‌ترین بخش‌های تاریخ تکامل استفاده می‌کنند؛ اما اکنون، با پیشرفت‌های مهم در بازسازی توالی‌های اجدادی، امکان بررسی دقیق‌تر ژنوم لوکا- LUCA بیش از هر زمان دیگری فراهم شده است، و این موضوع اهمیت ویژه‌ای یافته است.

ژنتیک، مانند تاریخ، به‌دست بازماندگان نوشته می‌شود. اگر موجودی زنده از خود نوادگانی به‌جا نگذاشته باشد، تقریباً هیچ راهی برای دانستن وجود او نداریم. سوابق فسیلی آن‌قدر به عقب برنمی‌گردند که به دوران احتمالی زندگی LUCA برسند؛ بنابراین ژن‌های ما یکی از معدود سرنخ‌های واقعی دربارۀ آن دوران هستند.

خانواده‌های ژنی که در گذشته‌های بسیار دور دو بار تکثیر شده‌اند – که با نام «پارالوگ‌های جهانی» شناخته می‌شوند – نسخه‌های دوتایی نادری هستند که در همهٔ شاخه‌های حیات امروزی یافت می‌شوند. این بدان معناست که تکثیر آن‌ها پیش از جدا شدن این شاخه‌ها از یکدیگر رخ داده است.

اگر LUCA را تنهٔ درخت خانوادگی ژنتیکی خود بدانیم، آنگاه موجودات تک‌سلولی پیشین که احتمالاً این ژن‌های تکثیرشده را در خود داشتند، ریشه‌های حیات بوده‌اند؛ پیش‌سازان مدفون و بسیار کهنی که سرانجام به پیدایش جانوران، گیاهان، قارچ‌ها و باکتری‌ها انجامیدند.

“کاچار” می‌گوید: «با دنبال کردن پارالوگ‌های جهانی می‌توانیم نخستین گام‌های حیات روی زمین را به ابزارهای علمی مدرن پیوند دهیم. آن‌ها این فرصت را به ما می‌دهند که عمیق‌ترین ناشناخته‌های تکامل و زیست‌شناسی را به پرسش‌هایی تبدیل کنیم که واقعاً بتوان آن‌ها را آزمایش کرد.»

دانشمندان تنها می‌توانند دربارۀ آنچه در زمان زندگی LUCA رخ می‌داد – و چه رسد به پیش از آن – فرضیه‌پردازی کنند. احتمالاً LUCA به‌تنهایی روی زمین زندگی نمی‌کرد، بلکه درون یک «سامانهٔ بوم‌شناختی تثبیت‌شده» و نسبتاً «با بهره‌وری متوسط» حضور داشت. اینکه این موجودات یا اکوسیستم‌هایشان تا چه اندازه ساده یا پیچیده بوده‌اند، همچنان محل بحث است.

“گلدمن” و همکارانش می‌نویسند در حال حاضر تنها چند خانوادهٔ پروتئینی از نوع پارالوگ‌های جهانی شناخته شده‌اند، اما این کمبود «لزوماً به معنای کم بودن پارالوگ‌ها در پروتئوم واقعی LUCA نیست.» در گذر زمان، بسیاری از پارالوگ‌های موجود در پروتئوم LUCA احتمالاً به دلیل رویدادهای تکاملی، واگرایی ژنتیکی یا انتقال افقی ژن (روشی رایج که باکتری‌ها از طریق آن ژن‌ها را در میان جمعیت به اشتراک می‌گذارند) از درخت خانوادگی حذف شده‌اند.

این روند می‌تواند ماهیت باستانی برخی ژن‌های پروتئینی را که هنوز هم فعال‌اند، پنهان کند. نویسندگان می‌نویسند: «به همین دلایل، احتمالاً بیشتر خانواده‌های پروتئینی که در LUCA وجود داشته‌اند، از طریق تحلیل‌های تبارشناختی قابل شناسایی نیستند.» این موضوع محدودکننده است، اما در عین حال آنچه را که قابل مطالعه است، ارزشمندتر می‌کند.

“فورنیه” می‌گوید: «تاریخچهٔ این پارالوگ‌های جهانی تنها اطلاعاتی است که هرگز دربارۀ نخستین دودمان‌های سلولی در اختیار خواهیم داشت؛ بنابراین باید با دقت، بیشترین دانش ممکن را از آن‌ها استخراج کنیم.» برای مثال، برخی از این پارالوگ‌های جهانی در سامانهٔ ترجمهٔ ژنتیکی نقش دارند؛ سامانه‌ای که نویسندگان معتقدند «احتمالاً کهن‌ترین دستگاه مولکولی است که هنوز در حیات امروزی حفظ شده است.»

برخی دیگر با تولید آنزیم‌ها یا پروتئین‌های دخیل در حفظ عملکرد غشاهای زیستی مرتبط‌اند. برای نمونه، پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که آنزیم‌هایی به نام «آمینوآسیل tRNA سنتتازها» دارای اجدادی پیش از LUCA بوده‌اند. اهمیت این آنزیم‌ها برای حیات را به‌سختی می‌توان اغراق‌آمیز دانست. آن‌ها مسئول اتصال اسیدآمینهٔ درست به RNA ناقل متناظر آن هستند؛ RNAای که این اسیدهای آمینه را در توالی مشخصی کنار هم قرار می‌دهد تا پروتئین ساخته شود.

اینکه اجداد این آنزیم‌ها پیش از LUCA وجود داشته‌اند، نشان می‌دهد که اشکال اولیهٔ حیات حتی پیش از تکامل خویشاوندان مدرن‌تر خود نیز قادر به وارد کردن اسیدهای آمینه در پروتئین‌های کُدگذاری‌شده ژنتیکی بوده‌اند. نویسندگان در پایان نتیجه گرفتند: «در مجموع، این نتایج نشان می‌دهد که گذار به یک کُد ژنتیکی مدرن پیش از LUCA، فرایندی تکاملی و پیچیده بوده که سازوکارهای متعددی را در بر می‌گرفته، از جمله هم‌تکاملی با مسیرهای زیست‌ساخت اسیدهای آمینه.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Cell Genomics منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencealert.com

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109622