Pertanyaan "bagaimana sebenarnya kehidupan dimulai?" adalah salah satu misteri terbesar ilmu pengetahuan modern. Sementara sebagian besar ilmuwan percaya bahwa semua bentuk kehidupan berevolusi dari mikroorganisme purba primitif yang umum, detailnya berakhir di sana. Jenis gen apa yang dimiliki bentuk kehidupan ini dan di mana ia hidup? Sebuah studi baru yang diterbitkan di Nature Microbiology menjelaskan asal usul dan perkembangan organisme purba ini.
Ilmuwan berpengalaman yang tertarik pada asal usul kehidupan biasanya menangani masalah ini dengan dua cara berbeda. Salah satunya adalah pendekatan bottom-up, di mana mereka mencoba membayangkan berapa lama kehidupan dimulai, dan kemudian menciptakan kembali tahap-tahap utama asalnya di laboratorium. Pendekatan top-down alternatif adalah menganalisis dan "memotong" sel-sel modern untuk menyederhanakannya dan menyimpulkan langkah-langkah kunci dalam evolusi kompleksitas sel.
Ilmuwan komputer yang mencoba memecahkan masalah ini mengeksploitasi sejumlah besar data yang muncul sebagai hasil dari revolusi - pengurutan DNA. Ini telah membanjiri para ilmuwan dengan informasi tentang genom organisme, dari bakteri hingga manusia. Mereka mungkin menyembunyikan informasi tentang urutan DNA sel primitif - sel pertama di planet ini yang menggunakan kode genetik modern - yang telah diturunkan dari miliaran generasi.
"Leluhur bersama universal terakhir" secara hipotetis adalah salah satu sel pertama tempat semua kehidupan di Bumi berasal. Hubungan antara nenek moyang ini dan organisme modern sering divisualisasikan sebagai pohon evolusi, contoh pertama yang diketahui berasal dari Charles Darwin.
Pengurutan DNA memberikan ukuran konektivitas genetik yang sangat baik dan sangat kuantitatif yang menembus semua biologi. Hampir semua organisme di planet ini menggunakan kode yang sama dari empat basa A, C, G dan T. Oleh karena itu, pada prinsipnya, ini dapat digunakan untuk membangun pohon evolusi semua kehidupan. Kita tahu bahwa gen tertentu ada pada awal kehidupan seluler dan diwarisi oleh semua bentuk kehidupan selanjutnya. Selama empat miliar tahun, salinan dari satu gen kecil 16S rRNA, misalnya, secara bertahap berubah dalam proses mutasi acak pada garis keturunan individu yang mengarah pada bentuk kehidupan yang berbeda. Oleh karena itu, masing-masing dari mereka memiliki urutan karakteristik, yang akan serupa pada organisme yang baru berkembang, tetapi silsilahnya semakin berbeda.yang muncul sebelumnya di segmen evolusi.
Analisis pertama dari sekuens DNA "universal" ini, dilakukan sekitar 30 tahun yang lalu, menyebabkan perubahan signifikan dalam penilaian kami terhadap keanekaragaman kehidupan di Bumi, dan terutama keanekaragaman organisme uniseluler tanpa inti (prokariota). Mereka juga memilih domain baru kehidupan prokariotik, yang sekarang disebut archaea.
Video promosi:
Upaya untuk mengembangkan pohon yang benar-benar universal yang akan menentukan asal mula semua sel modern dari nenek moyang terakhir universal mereka telah dibatasi oleh sejumlah masalah teknis. Satu masalah adalah banyaknya kelompok yang terpisah satu sama lain sejak awal kehidupan. Terlebih lagi, bakteri juga dapat bertukar gen satu sama lain, sehingga lebih sulit untuk menentukan asalnya.
Pemakan hidrogen?
Dalam studi baru, para peneliti menggunakan metode canggih dan cerdas untuk mengatur sekuensing gen prokariotik ke dalam famili. Kemudian mereka mencari kesamaan dan pola di semua kelompok bakteri dan menemukan sekumpulan kecil gen yang ada pada archaea dan bakteri. Ilmuwan mampu menunjukkan bahwa gen ini kemungkinan besar diwarisi langsung dari nenek moyang yang sama dan tidak diperoleh melalui pertukaran.
Hasil ini penting karena mengidentifikasi kelompok bakteri tertentu (clostridia) dan archaea (metanogen) yang membawa versi awal gen ini, dan menunjukkan bahwa mereka sangat purba dan mungkin mirip dengan organisme pertama yang memunculkan garis keturunan terpisah dari bakteri. dan archaea.
Lebih penting lagi, sifat gen yang bertahan menceritakan kisah yang menakjubkan tentang lingkungan tempat tinggal nenek moyang terakhir mereka - termasuk bagaimana ia menerima energi. Penelitian menunjukkan bahwa dunia yang dihuni oleh organisme ini empat miliar tahun lalu sangat berbeda dengan kita. Tidak ada oksigen yang tersedia di dalamnya, tetapi jika Anda percaya pada gen, nenek moyang yang sama menerima energi dari hidrogen, yang tampaknya dihasilkan oleh aktivitas geokimia kerak bumi. Gas "inert", termasuk karbondioksida dan nitrogen, menyediakan bahan dasar untuk produksi semua struktur seluler. Besi tersedia dalam jumlah melimpah, dan kekurangan oksigen tidak mengubahnya menjadi karat yang tidak larut, jadi elemen ini digunakan oleh enzim di sel pertama. Beberapa gen diyakini telah terlibat dalam beradaptasi dengan suhu tinggi,yang menyarankan sebaliknya: organisme berevolusi di lingkungan hidrotermal - mirip dengan ventilasi hidrotermal modern atau mata air panas, tempat bakteri masih hidup dengan senang hati.
Sayangnya, tanpa mesin waktu, kami tidak dapat memverifikasi hasil tersebut secara langsung. Tetapi informasi semacam itu sangat menarik, terutama bagi para ilmuwan yang mencoba menciptakan kembali bentuk-bentuk kehidupan primitif. Mengerikan untuk berpikir bahwa nenek moyang pertama kita (yang paling pertama) hidup tanpa oksigen.
Ilya Khel
