La domanda "come è iniziata esattamente la vita?" è uno dei più grandi misteri della scienza moderna. Mentre la maggior parte degli scienziati crede che tutte le forme di vita si siano evolute da un antico microrganismo primitivo comune, i dettagli finiscono qui. Che tipo di geni possedeva questa forma di vita e dove viveva? Un nuovo studio pubblicato su Nature Microbiology fa luce sull'origine e lo sviluppo di questo antico organismo.
Scienziati esperti interessati all'origine della vita di solito affrontano questo problema in due modi diversi. Uno di questi è un approccio dal basso verso l'alto, in cui cercano di immaginare quanto tempo fa è iniziata la vita, per poi ricreare le fasi principali della sua origine in laboratorio. Un approccio alternativo dall'alto verso il basso consiste nell'analizzare e "tagliare" le cellule moderne per semplificarle e dedurre i passaggi chiave nell'evoluzione della complessità cellulare.
Gli informatici che stanno cercando di risolvere questo problema stanno sfruttando l'enorme quantità di dati emersi a seguito della rivoluzione: il sequenziamento del DNA. Ha inondato gli scienziati di informazioni sui genomi degli organismi, dai batteri agli esseri umani. Possono nascondere informazioni sulle sequenze di DNA delle cellule primitive - le prime cellule del pianeta a utilizzare il codice genetico moderno - che sono state tramandate attraverso miliardi di generazioni.
L '"ultimo antenato comune universale" è ipoteticamente una delle primissime cellule da cui ha avuto origine tutta la vita sulla Terra. La relazione tra questo antenato e gli organismi moderni è spesso visualizzata come alberi evolutivi, i primi esempi conosciuti dei quali risalgono a Charles Darwin.
Il sequenziamento del DNA fornisce una misura eccellente e altamente quantitativa della connettività genetica che permea tutta la biologia. Quasi tutti gli organismi del pianeta usano lo stesso codice di quattro basi A, C, G e T. Pertanto, in linea di principio, potrebbe essere utilizzato per costruire alberi evolutivi di tutta la vita. Sappiamo che alcuni geni esistevano agli albori della vita cellulare e furono ereditati da tutte le successive forme di vita. Nel corso di quattro miliardi di anni, le copie, ad esempio, di un piccolo gene 16S rRNA sono gradualmente cambiate nel corso di mutazioni casuali nei singoli lignaggi che hanno portato a diverse forme di vita. Ne consegue che ognuno di essi ha una sequenza caratteristica, che sarà simile negli organismi di nuova concezione, ma sempre più diversa nei pedigree.che è apparso in precedenza nel segmento evolutivo.
Le prime analisi di queste sequenze di DNA “universali”, effettuate circa 30 anni fa, hanno portato a cambiamenti significativi nella nostra valutazione della diversità della vita sulla Terra, e in particolare della diversità degli organismi unicellulari senza nuclei (procarioti). Hanno anche individuato un intero nuovo dominio della vita procariotica, che ora è chiamato archaea.
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I tentativi di sviluppare alberi veramente universali che determineranno l'origine di tutte le cellule moderne dai loro ultimi antenati universali sono stati limitati da una serie di problemi tecnici. Un problema è il gran numero di gruppi che si sono separati gli uni dagli altri fin dall'inizio della vita. Inoltre, i batteri possono anche scambiare geni tra loro, rendendo più difficile determinarne l'origine.
Mangiatori di idrogeno?
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato un metodo intelligente e all'avanguardia per organizzare i geni procarioti sequenziati in famiglie. Quindi hanno cercato somiglianze e modelli in tutti i gruppi batterici e hanno trovato un piccolo insieme di geni che erano presenti sia negli archaea che nei batteri. Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che questi geni erano molto probabilmente ereditati direttamente da un antenato comune e non sono stati ottenuti attraverso lo scambio.
Questo risultato è significativo in quanto identifica i gruppi specifici di batteri (clostridi) e archaea (metanogeni) che portano le prime versioni di questi geni e indica che sono molto antichi e possono essere simili ai primissimi organismi che hanno portato alla nascita di lignaggi separati di batteri e archaea.
Ancora più importante, la natura dei geni sopravvissuti racconta una storia incredibile sull'ambiente in cui viveva il loro ultimo antenato, incluso il modo in cui riceveva energia. La ricerca mostra che il mondo abitato da questi organismi quattro miliardi di anni fa era molto diverso dal nostro. Non c'era ossigeno disponibile in esso, ma se credi ai geni, l'antenato comune riceveva energia dall'idrogeno, prodotto, a quanto pare, dall'attività geochimica della crosta terrestre. I gas "inerti", inclusi anidride carbonica e azoto, hanno fornito i mattoni di base per la produzione di tutte le strutture cellulari. Il ferro era disponibile in abbondanza e la mancanza di ossigeno non lo trasformava in ruggine insolubile, quindi questo elemento era usato dagli enzimi nella prima cellula. Si ritiene che molti dei geni siano stati coinvolti nell'adattamento alle alte temperature,il che suggerisce il contrario: organismi sviluppati in un ambiente idrotermale - simile ai moderni sfiati idrotermali o alle sorgenti calde, dove i batteri vivono ancora con piacere.
Sfortunatamente, senza una macchina del tempo, non possiamo verificare direttamente questi risultati. Ma tali informazioni sono di grande interesse, soprattutto per gli scienziati che stanno cercando di ricreare le forme di vita primitiva. È spaventoso pensare che i nostri primi antenati (i primissimi) abbiano fatto a meno dell'ossigeno.
Ilya Khel
