Vědci možná objevili chybějící spojení mezi jednoduchými a složitými buňkami, které tvoří všechna zvířata, rostliny a houby.
Vědci zvažují, že jednobuněčné organismy zvané Archaea leží mezi primitivními bakteriemi, které postrádají jádro, a složitějšími buňkami nebo eukaryoty na evoluční časové ose. Stejně jako jejich bakteriální bratranci, Archaea postrádá jádro, ale mikroby obsahují DNA a DNA replikační enzymy, které se velmi podobají těm v eukaryotech.
Někteří vědci se domnívají, že eukaryoty se vyvinuly asi před 2 miliardami let z těchto přechodných organismů, když starověký archaea popadl procházející mikroorganismus, nasál jej do svého buněčného břicha a přeměnil jej v provizorní jádro. Jiní navrhují, že předek archaea rozeslal putující „buchty“ postavené z jeho vlastní buněčné stěny, které zapadly a integrovaly užitečné jednobuněčné organismy, které fungovaly jako moderní organely nebo struktury podobné orgánům uvnitř buněk, které provádějí specializované funkce.
Detaily obklopující tuto hlavní evoluční událost zůstávají nejasné, částečně proto, že vědci našli jen málo důkazů o přechodném období mezi jednoduchými a složitými buňkami. Nyní však vědci určili potenciální můstek mezi prokaryoty a eukaryoty: nápadná podobnost zakódovaná v jejich proteinech.
V eukaryotech nese určité proteiny krátké sekvence, známé jako nukleární lokalizační signály nebo NLS, aby vstoupily do jádra. Transportní proteiny se vážou s NLS a poté doprovázejí další molekulu přes póry v jaderné membráně. V podstatě fungují NLS jako celulární bezpečnostní odznak.
Ačkoli Archaea postrádá jádra, některé z jejich proteinů mají stejně odznaky podobné NLS, podle studie zveřejněné 10. září v časopise Molecular Biology and Evolution. Autoři naznačují, že NLS předcházejí vzniku jádra a mohou sloužit jako evoluční odrazový můstek, který umožnil archaea postupně se vyvinout do složitého života.
„Příroda má tendenci vymyslet to, co již má,“ řekl evoluční biolog Sergej Melnikov, postdoktorandský výzkumník na Yale University a spoluautor studie.
Tyto odznaky NLS poskytují důkaz o přechodné formě mezi jednoduchými a složitými buňkami - nález ekvivalentní k odhalení ptáka podobného dinosaura nebo plazící se ryby jako paleontologa, řekl Melnikov LIve Science. „Je to zcela jedinečné, když tvrdíme, že existují v Archaea… Nikdo si ani nemyslel, že by měli hledat NLS v Archaea,“ řekl výpočetní biolog Aravind Iyer, který studuje vývoj proteinů a genomů v Národním centru pro biotechnologické informace, ale nebyl zapojen do této studie.
Ale ne všichni jsou přesvědčeni: Dva odborníci řekli Live Science, že NLS nemusí být evoluční kuřácká zbraň, která ukazuje, jak se jednoduché buňky vyvinuly na složitější.
Kopání pro buněčné fosílie
Místo toho, aby se kopal přes kosterní pozůstatky, šel Melnikov kopat přes ribozomální bílkoviny buněk, aby se spojil jejich evoluční historie. (Ribosomy jsou buněčné továrny, které pomáhají sestavovat proteiny.)
„Existuje jen hrstka genů, které jsou všudypřítomné,“ což znamená, že jsou přítomny ve všech životních formách, řekl Melnikov. Asi polovina těchto konzervovaných genů kóduje ribozomální proteiny, vysvětlil, což naznačuje, že proteiny mají zdlouhavé evoluční dědictví, které se může natahovat až do samotného počátku života. U eukaryotů vstupují ribozomální proteiny do jádra, které má být modifikováno, před nastavením v cytoplazmě; díky jejich NLS mají snadný přístup k jádru.
Porovnáním struktury ribozomálních proteinů odebraných ze všech tří životních domén - Archaea, Bacteria a Eukarya - Melnikov se snažily tyto signální sekvence spatřit. Skupiny Archaea, které zkoumal, patří mezi ty, které dnes můžeme najít v přírodě.
Hle, aj, Melnikov a jeho kolegové objevili čtyři archaální proteiny vybavené bezpečnostními odznaky podobnými jejich eukaryotickým protějškům. Sekvence podobné NLS se objevily ve více skupinách Archaea, takže vědci usoudili, že tento rys se objevil na počátku archaální evoluční historie. (V Archaea však NLS pravděpodobně hlavně pomáhají organismům snáze identifikovat nukleové kyseliny, stavební bloky DNA a RNA. Zatímco eukaryotické NLS také slouží této funkci, jsou lépe známy tím, že pomáhají proteinům do jádra.)
Tým pokračoval v testování, zda NLS byly funkčně zaměnitelné napříč královstvími života, a vyměnil eukaryotický odznak za archaealský. Pod světelným mikroskopem se zdálo, že archaální NLS fungují stejně jako eukaryotické NLS a poskytují přidruženým proteinům VIP přístup k jádru. Odborníci říkají, že navzdory sdílení stejných funkcí nemusí NLS v eukaryotech a Archaea souviset s evolucí.
Například Iyer zůstává o tomto zjištění pochybný. NLS jsou tvořeny pouze pěti až šesti stavebními bloky proteinů, které se nazývají aminokyseliny. Vzhledem k jejich krátké délce a konkrétní chemické struktuře jsou NLS statisticky pravděpodobné, že se objeví v bílkovinách pouhou náhodou, řekl Iyer Live Science.
Jinými slovy, archaealské a eukaryotické sekvence se mohly objevovat samostatně, a proto by se evolučně nesouvisely. Iyer řekl, že by byl přesvědčen, kdyby další výzkum odhalil archaální NLS v dalších proteinech, které jsou podobné těm, které vstupují do jádra v eukaryotech.
„Nakonec to jen ukazuje, že tyto sekvence pravděpodobně předcházely jádra,“ řekl Buzz Baum, buněčný a evoluční biolog v laboratoři MRC pro molekulární biologii buněk v Anglii, Live Science v e-mailu. Archaea, který sdílí mnoho genetických podobností s moderními eukaryoty, stále chybí jádra a organely, vysvětlil, takže je těžké pochopit, jak tyto NLS vedly k vývoji jader.
- Extrémní život na Zemi: 8 bizarních tvorů Živá věda
- 7 teorií o původu života Živá věda
- Galerie: Duha života ve Velkém solném jezeře Extremofilové Žít…
Původně zveřejněno dne Živá věda.
