Originile vieții celulare complexe, nucleate – de la amoebe la oameni – s-ar putea afla mult mai departe în istoria Pământului decât am crezut.
Un nou studiu care urmărește primii pași către viața complexă sugerează că această transformare de la organisme simple către organisme evoluate a început în urmă cu aproape 3 miliarde de ani – cu mult înainte ca planeta noastră să aibă nivelurile de oxigen necesare pentru a susține o biosferă eucariotă înfloritoare.
Această datare este cu aproape un miliard de ani mai devreme decât estimările ce indică apariția celulelor complexe, indicând o dezvoltare evolutivă surprinzător de lungă și anevoioasă, mai degrabă decât un salt rapid în complexitate.
Există multe moduri de a grupa viața pe Pământ, dar probabil cea mai fundamentală distincție este între procariote și eucariote.
Procariotele, un grup care include bacterii și archaea, au fost primele forme de viață care au apărut pe Pământ acum aproximativ 4 miliarde de ani. Procariotele sunt relativ simple, constând în esență dintr-o membrană celulară, câteva proteine robuste și ADN liber.
Eucariotele, în schimb, au apărut mai târziu și sunt mult mai complexe, cu nuclee, organite, membrane interne delicate și genomuri mai mari și mai structurate. Nu se cunoaște cât timp mai târziu au apărut acestea și ordinea în care s-au dezvoltat.
Una dintre cele mai mari necunoscute este locul mitocondriilor în cronologie – așa-numitele „centre energetice” ale celulei care ajută la transformarea energiei din glucoză într-o substanță chimică numită adenozin trifosfat (ATP) pentru a alimenta cu energie procesele celulare.
Oamenii de știință cred că mitocondriile au început ca o bacterie liberă care s-a stabilit în interiorul unei alte celule și, în cele din urmă, a fuzionat cu aceasta. Momentul acestei fuziuni este important – dacă mitocondriile au apărut primele și au declanșat restul schimbărilor către complexitate sau dacă complexitatea exista, iar mitocondriile au apărut mai târziu.
Pentru a înțelege acest lucru, o echipă condusă de paleobiologul Christopher Kay de la Universitatea din Bristol, Marea Britanie, a efectuat o analiză moleculară a genelor provenite de la o gamă largă de organisme.
„Abordarea a fost dublă: prin colectarea datelor secvențiale de la sute de specii și combinarea acestora cu dovezi fosile cunoscute, am reușit să creăm un arbore al vieții în timp.
Putem acum aplica acest cadru pentru a rezolva mai bine momentul evenimentelor istorice din cadrul familiilor individuale de gene”, spune biologul Tom Williams de la Universitatea din Bath din Marea Britanie.
Un ceas molecular este o metodă care le permite oamenilor de știință să estimeze când organismele s-au diferențiat și când au apărut primele trăsături particulare.
Practic, toate formele de viață de pe planetă au câteva lucruri în comun, cum ar fi codul genetic universal, un set aproape universal de aminoacizi și o dependență universală de ATP pentru energie.
Oamenii de știință pot estima rata la care apar mutațiile într-o anumită secvență de ADN, pot compara aceeași secvență la mai multe specii și pot lucra invers pentru a estima când acele specii au avut ultima dată un strămoș comun. De asemenea, ei pot folosi un ceas molecular pentru a afla când au apărut, pentru prima dată, trăsături sau funcții genetice.
Concentrându-se pe diferențele dintre eucariote și procariote, cercetătorii au folosit gene de la sute de organisme pentru a reconstrui o cronologie a ordinii în care au apărut trăsăturile eucariote. Ei numesc modelul lor CALM, un acronim pentru Complex Archaeon, Late Mitochondrion.
Cronologia evoluției eucariotelor. Credit: Dr. Christopher Kay
În mod uimitor, unele dintre primele semnături genetice au apărut acum aproximativ 2,9 până la 3 miliarde de ani, cu primii pași detectabili către proteinele de actină și tubulină, un citoschelet simplu și caracteristici timpurii ale unui protonucleu.
Aceasta a fost urmată de modificări care au condus la membranele citoplasmatice, organite numite aparatul Golgi și la o diversificare a sistemelor de expresie genică, cum ar fi ARN-polimeraza.
Mitocondriile au apărut relativ târziu – acum aproximativ 2,2 miliarde de ani.
Însă această sincronizare coincide cu momentul în care oxigenul de pe Pământ a crescut rapid – sugerând că, deși viața eucariotă era deja în plină dezvoltare înainte de Marea Oxidare, avea nevoie de un mic impuls din partea schimbărilor de mediu pentru a ajunge unde este astăzi.
Credit: adiprayogo liemena / pexels.com
„Ceea ce diferențiază acest studiu este analiza detaliată a ceea ce fac de fapt aceste familii de gene – și care proteine interacționează cu care – totul în timp absolut.
A fost necesară combinarea mai multor discipline pentru a realiza acest lucru: paleontologia pentru a fundamenta cronologia, filogenetica pentru a crea arbori genetici utili și biologia moleculară pentru a oferi acestor familii de gene un context”, afirmă Kay.
Cercetarea a fost publicată în revista Nature.
Traducere după Complex Life May Be a Billion Years Older Than We Thought
Comentariu Facebook