I biologi stanno ancora lottando con il mistero dell'origine della vita sulla Terra. È necessario capire come hanno avuto origine i batteri primitivi e altre forme di vita. Poco si sa dell'organismo progenitore, ma la genomica ci permette di scoprire qualcosa sulle creature più antiche che abitavano il mondo agli albori della sua esistenza. "Lenta.ru" racconta un articolo pubblicato sulla rivista Nature, in cui gli autori stanno cercando di rispondere alla domanda su chi fosse LUCA (ultimo antenato comune universale), Luca è l'antenato comune universale di tutti gli organismi moderni.
Non c'erano ancora tre domini (super regni) della vita: batteri, archaea ed eucarioti, ma lui esisteva già. Questo organismo è un collegamento intermedio tra l'ambiente inanimato della Terra primordiale ei primi microbi che vivevano nelle rocce 3,8-3,5 miliardi di anni fa. Non si sa che aspetto avesse Luca e in che condizioni vivesse. Gli scienziati, come gli investigatori, hanno ricostruito pezzo per pezzo le sue caratteristiche di base. Abbiamo proceduto dal seguente principio: poiché Luca è l'antenato di tutti gli organismi viventi, significa che hanno ereditato da lui alcuni tratti. Sulla base delle caratteristiche biologiche insite in ogni essere vivente, i biologi hanno creato un ritratto di Luke: un organismo unicellulare che assomiglia a un batterio.
Un nuovo studio di scienziati tedeschi ha permesso di chiarire l'organizzazione interna dell'antenato universale. Gli scienziati hanno determinato quali geni potrebbero includere il DNA di Luke. Per fare questo, hanno utilizzato un approccio filogenetico, in altre parole, hanno analizzato le relazioni evolutive tra i diversi tipi di vita sulla Terra. Ciò è stato fatto nel modo seguente. Dopo aver stabilito quali proteine sono codificate dal genoma procariotico, i biologi hanno selezionato quelle che soddisfacevano diversi criteri. In primo luogo, la proteina deve essere presente nei taxa superiori sia dei batteri che degli archaea. In secondo luogo, se costruiamo un albero filogenetico, un diagramma che riflette le relazioni evolutive, i batteri e gli archei che possiedono questa proteina dovrebbero formare un gruppo monofiletico, cioè avere un antenato comune. Quest'ultima condizione aumenta la probabilità che queste stesse proteine fossero presenti in Luke,e da lui sono stati trasmessi ai discendenti.
In totale, più di sei milioni di geni che codificano per proteine sono stati analizzati e presenti in 1.847 genomi batterici e 134 archaeal. Dal totale, gli scienziati hanno formato 286 514 gruppi (cluster), di cui solo circa 11 mila contenevano proteine batteriche e archeologiche. Quando gli alberi filogenetici sono stati costruiti e i gruppi proteici sono stati testati per seguire il principio monofiletico, sono rimasti solo 335 cluster che hanno soddisfatto le condizioni iniziali. Tutte le proteine nel campione finale, secondo i biologi, erano presenti nel genoma LUCA. Va notato che questi criteri non escludono la possibilità di trasferimento genico orizzontale. Pertanto, una proteina apparsa per la prima volta nei primi batteri potrebbe entrare in Archea e diffondersi tra i rappresentanti di ciascuno dei domini, sebbene non fosse mai presente nel corpo di Luke.
I biologi erano interessati ai geni che costituiscono il "nucleo informativo" nelle cellule degli organismi viventi. Stiamo parlando di 19 proteine coinvolte nella sintesi dei ribosomi, oltre a otto enzimi che svolgono un ruolo importante nella formazione dell'RNA di trasporto (spostano gli amminoacidi nei siti di costruzione delle molecole proteiche).
Fumatori neri
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Foto: NOAA / Wikipedia
Il genoma ricostruito di Luka suggerisce che si trattava di una creatura anaerobica (adattata a un ambiente privo di ossigeno) che riceveva l'energia necessaria per la vita come risultato della chemiosintesi, reazioni chimiche che ossidano i minerali. Apparentemente, l'antenato universale viveva vicino a prese d'aria idrotermali, come i fumatori neri. Ciò è indicato dalla possibile presenza in esso di girasi - enzimi specifici per organismi termofili (termofili). Anche in LUCA, molto probabilmente, c'erano enzimi che rendono possibile la chemiosintesi, in cui l'anidride carbonica è l'unica fonte di carbonio. In generale, questo organismo potrebbe ricevere energia da gas come l'idrogeno, l'anidride carbonica e l'azoto.
Alcuni enzimi contengono cluster di ferro-zolfo (FeS), che sono un gruppo di molecole cofattore che si legano specificamente alle proteine e determinano la loro attività catalitica. Ciò indica che Luca viveva in un ambiente ricco di ferro. È stato identificato un altro gruppo di proteine coinvolte nel metabolismo dello zucchero: le glicosilasi e le idrolasi. Questi enzimi nelle cellule moderne sono importanti per la sintesi della parete cellulare, che può indicare l'esistenza di una parete cellulare primitiva in LUCA.
La Grande Sorgente Prismatica è un tipico habitat archeologico
Foto: Jim Urquhart / Reuters
I risultati dei ricercatori confermano una serie di tesi importanti. I cluster FeS, così come i metalli di transizione nella composizione dei cofattori, sono l'eredità dell'antico metabolismo. I primi organismi viventi sorsero nelle bocche idrotermali. Le reazioni chimiche che si verificano al confine dell'ambiente acquatico e delle rocce rocciose hanno creato le condizioni per l'emergere della vita. I primi rappresentanti di batteri e archei erano gli autotrofi, dipendenti dall'idrogeno e che utilizzavano l'anidride carbonica come accettore terminale nel metabolismo energetico (negli animali e nelle piante, l'ossigeno inalato svolge questo ruolo).
Gli alberi filogenetici costruiti non hanno permesso di isolare le proteine caratteristiche di LUCA, che erano coinvolte nella sintesi degli amminoacidi che compongono le proteine e dei nucleosidi che formano DNA e RNA. Tuttavia, un antenato universale potrebbe essersi formato da quei componenti che si sono formati come risultato di processi chimici spontanei caratteristici della Terra primordiale.
È interessante notare che i risultati dei biologi tedeschi contraddicono i risultati degli scienziati francesi pubblicati nel 2008. Hanno attribuito la cipolla a organismi che preferiscono temperature moderate (meno di 50 gradi Celsius). Si credeva che LUCA non potesse essere un termofilo a causa del fatto che le sue proteine non erano resistenti alle alte temperature. Allo stesso tempo, gli antenati di batteri e archei avrebbero potuto vivere in un ambiente altamente riscaldato. Il nuovo lavoro presta attenzione non alla stabilità immediata degli enzimi, ma a quali condizioni ambientali queste proteine sono caratteristiche.
Alexander Enikeev
