LUCA: Ο τελευταίος παγκόσμιος κοινός πρόγονος – η ζωή στη Γη πριν από το DNA

Ο πρόγονος όλης της ζωής πάνω στη Γη σήμερα, έχει πάρει το προσωνύμιο LUCA (από τα αρχικά Last Universal Common Ancestor). Το γεγονός ότι πρέπει να υπήρχε ένας κοινός πρόγονος της ζωής, ο LUCA, έγινε σαφές για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1960, όταν είχε αποκρυπτογραφηθεί ο γενετικός κώδικας και έτσι διαπιστώθηκε ότι είναι καθολικός για όλη την έμβια ζωή (τουλάχιστον στη Γη).

"Πιστεύεται γενικά ότι ο LUCA ήταν ένας θερμόφιλος οργανισμός. Κάπως σαν ένα από αυτά τα περίεργα όντα που ζουν στις θερμές αναβλύσεις κατά μήκος της ηπειρωτικής οροσειράς βαθιά μέσα στους ωκεανούς σήμερα, σε θερμοκρασία πάνω από 90 βαθμούς Κελσίου," δήλωσε ο Nicolas Lartillot, καθηγητής βιοπληροφορικής στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ. "Ωστόσο, τα στοιχεία μας δείχνουν ότι ο LUCA ήταν στην πράξη ευαίσθητος στις υψηλότερες θερμοκρασίες και έζησε σε ένα κλίμα κάτω από τους 50 βαθμούς."

Η ερευνητική ομάδα σύγκρινε τις γενετικές πληροφορίες από σύγχρονους οργανισμούς για να πάρει τα χαρακτηριστικά του αρχαίου κοινού πρόγονου όλης της ζωής πάνω στη γη. «Η έρευνά μας μοιάζει πολύ με τη μελέτη της ετυμολογίας των σύγχρονων γλωσσών, έτσι ώστε να μας αποκαλύψει θεμελιώδη πράγματα για την εξέλιξή των όντων», λέει ο καθηγητής Lartillot. «Εντοπίσαμε κοινά γενετικά γνωρίσματα μεταξύ ζώων, φυτών, βακτήρια και τα χρησιμοποιήσαμε για να δημιουργήσουμε ένα δέντρο της ζωής με κλάδους που εκπροσωπούν τα ξεχωριστά είδη. Αυτά όλα είδαμε ότι προέρχονταν από τον ίδιο κορμό – τον LUCA, το γενετικό μας πρόγονο που από τον οποίο έχουμε στη συνέχεια εξελιχθεί"
Τα πορίσματα της ομάδας είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη συμφιλίωση συγκρουόμενων ιδεών για LUCA. Ειδικότερα, αυτές είναι πολύ πιο συμβατές με τη θεωρία ενός αρχικού μεγαλομορίου RNA, στην οποία πιστεύεται ότι η ζωή στη Γη αποτελούνταν μόνο από ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA), αντί να δεοξυριβονουκλεϊνικού οξέος (DNA).

Ωστόσο, το RNA είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στη θερμότητα και έτσι είναι απίθανο να είναι σταθερό στις υψηλές θερμοκρασίες των απαρχών της Γης. Τα στοιχεία του Lartillot αναφέρουν ότι ο LUCA βρήκε ένα δροσερό μικροκλίμα για την ανάπτυξη του, που βοηθά να λυθεί αυτό το παράδοξο και δείχνει ότι το περιβάλλον μικρο-περιοχών διαδραμάτισε κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη της ζωής πάνω στη Γη.
"Και μόνο σε ένα επόμενο στάδιο οι απόγονοι του Luca ανακάλυψαν το πιο θερμοσταθερό μόριο του DNA, που απέκτησαν ανεξάρτητα (προφανώς από ιούς), και το χρησιμοποίησαν για την αντικατάσταση του παλαιού και εύθραυστου RNA. Η εφεύρεση αυτή τους επέτρεψε να απομακρυνθούν από το μικροκλίμα λίγης ψύξης, εξελισσόμενοι και διαφοροποιούμενοι σε μια ποικιλία εξελιγμένων οργανισμών, που θα μπορούσαν να ανεχτούν τη θερμότητα”, προσθέτει ο Lartillot.

Σε μια πρόσφατη ανακάλυψη, ένα εξαιρετικά μικρό μόριο RNA που δημιουργήθηκε από μια ομάδα ειδικών στο Πανεπιστήμιο στο Boulder μπορεί να λειτουργήσει σαν καταλύτης σε μια βασική αντίδραση για να συνθέτει πρωτεΐνες, τα δομικά στοιχεία της ζωής. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση της κατανόησης της “ίδιας της προέλευσης της ζωής”, σύμφωνα με τον Michael Yarus. Πράγματι, τα ευρήματα μπορεί να επεκταθούν σε μελλοντικές ανακαλύψεις άλλης ζωής, πέρα από τη Γη: “Μπορεί να είναι αρχαία λείψανα ζωής στον πλανήτη Άρη και σε άλλα μέρη του ηλιακού συστήματος που να σχετίζονται με το RNA, και θα είναι πολύ ενδιαφέρον να δούμε αν αυτά μοιάζουν με μας ή όχι”.
Σύμφωνα με τον Yarus, συγγραφέα του βιβλίου Life from an RNA World: The Ancestor Within, ο πρόγονος μας Luca εξέλιξε τον κώδικα σαν αποτέλεσμα φυσικών και χημικών συγγενειών μεταξύ των νουκλεοτιδίων και των αμινοξέων. Η χημική σύνδεση, λέει, σημαίνει ότι διαφορετικά αμινοξέα με φυσικό τρόπο ήθελαν να ταιριάξουν δίπλα σε κάποιες τριπλέτες και όχι άλλες.
Ο γενετικός κώδικας είναι η συνέπεια της χημικής συγγένειες μεταξύ RNA και αμινοξέων. Με άλλα λόγια, ο γενετικός κώδικας είναι η αναπόφευκτη συνέπεια της συγγενείας μεταξύ των μοριακών δομικών μονάδων του RNA και των πρωτεϊνών τις οποίες κωδικοποιούν. Αν ο Yarus έχει δίκιο, τότε θα εξηγήσει για ποιο λόγο συγκεκριμένες τριπλέτες πάντοτε κωδικοποιούν το ίδια αμινοξύ, είτε σε έναν ιό ή σε ένα άνθρωπο.
Τα ευρήματα του Yarus αλλά και άλλων ειδικών δίνουν βάρος στην υπόθεση του "Παγκόσμιου RNA”, η οποία προτείνει ότι η ζωή στη Γη εξελίχθηκε από την πρώιμη μορφή του RNA.

Ο Yarus σημειώνει ότι η υπόθεση του Παγκόσμιου RNA περιπλέκεται από το γεγονός ότι είναι δύσκολο να φτιαχτούν τα μόρια RNA. "Η εργασία αυτή δείχνει ότι ένζυμα του RNA μπορούσαν να ήταν πολύ μικρότερα, και κατά συνέπεια πολύ πιο εύκολο να φτιαχτούν κάτω από πρωτόγονες συνθήκες, από ό,τι κάποιος θα περίμενε."

Αν πολύ απλά μόρια RNA, όπως αυτό που έφτιαξε στο εργαστήριο του ο Yarus, θα μπορούσε να επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις στην αρχέγονη σούπα της Γης, τότε οι πιθανότητες είναι πολύ μεγαλύτερες ότι το ίδιο το RNA θα μπορούσε άμεσα να επιταχύνει τις βιοχημικές αντιδράσεις κάτω από πρωτόγονες συνθήκες στην πρώιμη Γη.

Πριν από την έλευση του RNA, πιστεύουν οι περισσότεροι βιολόγοι, υπήρχε ένας πιο απλός κόσμος από χημικούς αντιγραφείς, που μπορούσαν να κάνουν κάτι περισσότερο από ένα νέο αντίγραφο του εαυτού τους, λαμβάνοντας υπόψη τις πρώτες ύλες της εποχής, εξηγεί ο Yarus.

"Αν υπάρχει αυτό το είδος του μίνι-καταλύτη, μια «αδελφή» σε αυτό που έχουμε περιγράψει στην μελέτη μας, τότε ο κόσμος των αντιγραφέων θα έκανε, επίσης, ένα μεγάλο βήμα πιο κοντά στα πρώτα πράγματα πάνω στη γη, που θα μπορούσαν να υφίστανται την δαρβινική εξέλιξη”, δήλωσε ο Yarus.

"Με άλλα λόγια, μπορεί να έχουμε κάνει ένα σημαντικό βήμα προς την ίδια την προέλευση της ζωής πάνω στη Γη”, λέει. "Ωστόσο, να έχετε καλά στο μυαλό σας ότι ο μικροσκοπικός αντιγραφέας δεν έχει βρεθεί, και ότι η ύπαρξή του θα αποφασιστεί από πειράματα που δεν έχουν ακόμη γίνει, ίσως και να μην τα φανταζόμαστε ακόμα."

Πηγή

Posted in: Διάστημα, επιστήμη