יתכן שמדענים חשפו קשר חסר בין תאים פשוטים ומורכבים, המרכיבים את כל בעלי החיים, הצמחים והפטריות.
מדענים רואים אורגניזמים חד-תאיים המכונים Archaea שוכבים בין חיידקים פרימיטיביים, חסרי גרעין, ותאים מורכבים יותר, או אוקריוטים, על ציר הזמן האבולוציוני. כמו בן דודיהם החיידקיים, לארכאאה חסר גרעין, אך החיידקים מכילים אנזימים המשכפלים DNA ו- DNA הדומים מאוד לאלה באיקריוטות.
יש מדענים העוסקים בתיאוריה כי האוקריוטים התפתחו לפני כ -2 מיליארד שנה מאורגניזמים ביניים אלה, כאשר ארכאה קדומה תפסה מיקרואורגניזם חולף, מצצה אותו לבטנו התאית והפכה אותו לגרעין מאולתר. אחרים מציעים כי ארכיאה קדמונית שלחה "נפיחות" נודדות, שנבנו מקיר התא שלה, שנצמדה ואז שילבה אורגניזמים חד-תאיים מועילים, אשר תפקדו כמו אברונים מודרניים, או את המבנים דמויי האיבר בתאים המבצעים התמחות פונקציות.
הפרטים סביב אירוע אבולוציוני גדול זה נותרו עכורים, בין השאר משום שמדענים מצאו עדויות מועטות לתקופת המעבר בין תאים פשוטים ומורכבים. אולם כעת, החוקרים הצביעו על גשר פוטנציאלי בין פרוקריוטים ואוקריוטים: דמיון בולט המקודד לחלבונים שלהם.
באוקריוטות, חלבונים מסוימים נושאים רצפים קצרים, המכונים אותות לוקליזציה גרעינית או NLS, על מנת להיכנס לגרעין. חלבוני טרנספורטר נקשרים עם NLS ואז מלווים מולקולה אחרת דרך נקבוביות בקרום הגרעיני. בעיקרו של דבר, NLSs מתנהגים כמו תג אבטחה סלולרי.
למרות שלארכאהאה חסרים גרעינים, חלק מהחלבונים שלהם נושאים בכל מקרה תגים דמויי NLS, לפי המחקר שפורסם בספטמבר 10 בכתב העת Molecular Biology and Evolution. המחברים טוענים כי מכשירי NLS קודמים למקור הגרעין וייתכן ששימשו אבן דריכה אבולוציונית שאפשרה לארכאאה להתפתח בהדרגה לחיים מורכבים.
"הטבע נוטה להמציא ממה שיש לו כבר", אמר הביולוג האבולוציוני סרגיי מלניקוב, חוקר פוסט-דוקטורט מאוניברסיטת ייל וסופר משותף למחקר.
מלניקוב, תגים NLS אלה מעידים על צורת ביניים בין תאים פשוטים ומורכבים - ממצא המקביל לחשיפת דינוזאור דמוי ציפור או זוחל דגים כפליאונטולוג, אמר מלניקוב ל- LIve Science. "זה די ייחודי לטעון שאלו קיימים בארכאה ... אף אחד אפילו לא חשב שהם צריכים לחפש NLS בארכאה," אמר הביולוג החישובי אראווינד אייר, שחוקר אבולוציה של חלבונים וגנום במרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה, אך לא היה מעורב במחקר הנוכחי.
אך לא כולם משוכנעים: שני מומחים אמרו ל- Live Science שייתכן כי מכשירי NLS אינם האקדח העשן האבולוציוני שמראה כיצד התאים הפשוטים התפתחו לתאים מורכבים יותר.
חופרים למאובנים סלולריים
במקום לחפור בשרידי שלד, הלך מלניקוב לחפור בחלבוני הריבוזומל של התאים כדי לחבר את ההיסטוריה האבולוציונית שלהם. (ריבוזומים הם מפעלים סלולריים המסייעים בהרכבת חלבונים.)
"יש רק קומץ גנים המצויים בכל מקום," כלומר הם קיימים בכל צורות החיים, אמר מלניקוב. כמחצית מאותם גנים שמורים מקודדים לחלבונים ריבוזומליים, הוא הסביר, עובדה המרמזת כי לחלבונים יש מורשת אבולוציונית ממושכת, שאולי נמתחת לראשית החיים עצמם. באוקריוטות, חלבונים ריבוזומלים נכנסים לגרעין שיש לשנות לפני הקמת הציטופלזמה; הם נהנים מגישה נוחה לגרעין בזכות ה- NLS שלהם.
על ידי השוואה בין מבנה חלבונים ריבוזומליים שנדגמו מכל שלושת תחומי החיים - Archaea, Bacteria ו- Eukarya - מלניקוב כיוון לאתר את רצפי החתימה הללו. קבוצות ה- Archaea שהוא חקר הן בין אלו שניתן למצוא כיום בטבע.
והנה, מלניקוב ועמיתיו חשפו ארבעה חלבונים ארכאאליים מצוידים בתגוני אבטחה הדומים לעמיתיהם האוקריוטים. רצפים דמויי NLS הופיעו בקבוצות מרובות של Archaea, ולכן החוקרים הסיקו כי התכונה הופיעה מוקדם בהיסטוריה האבולוציונית של ארכאי. (בארכאה, לעומת זאת, ה- NLS מסייע ככל הנראה לאורגניזמים לזהות בקלות רבה יותר חומצות גרעין, אבני הבניין של ה- DNA וה- RNA. בעוד ש- NLS ה- Eukaryotic משמשים גם הם לפונקציה זו, הם ידועים יותר כמסייעים לחלבונים לגרעין.)
הצוות המשיך לבחון האם ה- NLS הוחלפו באופן פונקציונאלי על פני ממלכות החיים, והחליפו תג אאוקריוטי לתיק ארכאי. מתחת למיקרוסקופ קליל, נראה כי ה- NLSs הארכאיים עבדו ממש כמו NLSs האוקריוטים והעניקו לחלבונים המשויכים שלהם VIP גישה לגרעין. למרות שחלקו את אותן הפונקציות, ייתכן כי ה- NLS ב- eukaryotes ו- Archaea אינם קשורים מבחינה אבולוציונית, אומרים מומחים.
אייר, למשל, נותר מפוקפק אחר הממצא. NLSs מורכבים מחמישה עד שישה אבני בניין חלבון בלבד, הנקראות חומצות אמינו. בגלל האורך הקצר שלהם והמבנה הכימי הספציפי שלהם, NLSs הם בעלי סיכוי סטטיסטי להופיע בחלבונים במקרה בלבד, אמר אייר ל- Live Science.
במילים אחרות, ייתכן שהרצפים הארכאיים והאיוקריוטים צצו באופן עצמאי ולכן לא היו קשורים מבחינה אבולוציונית. אייר אמר שהוא ישתכנע יותר אם מחקר נוסף יגלה NLSs ארכאיים בחלבונים נוספים, כאלה הדומים לאלה שנכנסים לגרעין באוקריוטים.
"בסופו של דבר זה רק מראה כי רצפים אלה ככל הנראה קדמו לגרעינים," אמר באז באום, תא וביולוג אבולוציוני במעבדה MRC לביולוגיה מולקולרית של תאים באנגליה, אמר ל- Live Science בהודעת דוא"ל. ארכאאה שחולקת קווי דמיון גנטיים רבים עם אאוקריוטים מודרניים עדיין חסרה גרעינים ואורגנלים, הוא הסביר, כך שקשה לראות כיצד NLSs אלה הובילו להתפתחות גרעינים.
- חיים קיצוניים בכדור הארץ: 8 יצורים ביזאריים | מדע חי
- 7 תיאוריות על מקור החיים | מדע חי
- גלריה: קשת החיים בסולט לייק הגדול | אקסטרמופילים | לחיות…
פורסם במקור ב מדע חי.
