Ahli biologi masih bergumul dengan misteri asal mula kehidupan di Bumi. Penting untuk memahami bagaimana bakteri primitif dan bentuk kehidupan lainnya berasal. Sedikit yang diketahui tentang organisme nenek moyang, tetapi genomik memungkinkan kita mengetahui sesuatu tentang makhluk paling purba yang menghuni dunia pada awal keberadaannya. "Lenta.ru" menceritakan tentang sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Nature, di mana penulis mencoba menjawab pertanyaan tentang siapa LUCA (nenek moyang universal terakhir), Luca adalah nenek moyang universal dari semua organisme modern.
Belum ada tiga domain (kerajaan super) kehidupan - bakteri, archaea dan eukariota, tetapi dia sudah ada. Organisme ini adalah penghubung antara lingkungan mati di Bumi awal dan mikroba pertama yang hidup di batuan 3,8-3,5 miliar tahun yang lalu. Tidak diketahui seperti apa rupa Luke dan dalam kondisi apa dia hidup. Ilmuwan, seperti detektif, telah merekonstruksi fitur dasarnya sepotong demi sepotong. Kami melanjutkan dari prinsip berikut: karena Lukas adalah nenek moyang semua makhluk hidup, itu berarti bahwa mereka mewarisi beberapa sifat darinya. Berdasarkan ciri-ciri biologis yang melekat pada setiap makhluk hidup, para ahli biologi telah menciptakan potret Lukas: organisme bersel tunggal yang menyerupai bakteri.
Sebuah studi baru oleh ilmuwan Jerman memungkinkan untuk mengklarifikasi organisasi internal leluhur universal. Para ilmuwan telah menentukan gen mana yang dapat memasukkan DNA Luke. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pendekatan filogenetik, dengan kata lain, menganalisis hubungan evolusi antara berbagai jenis kehidupan di Bumi. Ini dilakukan dengan cara berikut. Setelah menetapkan protein mana yang dikodekan oleh genom prokariotik, ahli biologi memilih protein yang memenuhi beberapa kriteria. Pertama, protein harus ada di taksa yang lebih tinggi dari bakteri dan archaea. Kedua, jika kita membangun pohon filogenetik - diagram yang mencerminkan hubungan evolusioner - maka bakteri dan archaea yang memiliki protein ini harus membentuk kelompok monofiletik, yaitu memiliki nenek moyang yang sama. Kondisi terakhir meningkatkan kemungkinan bahwa protein yang sama ini ada di Lukas,dan darinya diturunkan ke keturunan.
Secara total, lebih dari enam juta gen pengkode protein dianalisis dan terdapat pada 1.847 genom bakteri dan 134 archaea. Dari total tersebut, ilmuwan membentuk 286.514 kelompok (cluster), yang mana hanya sekitar 11 ribu yang mengandung protein bakterial dan archaea. Ketika pohon filogenetik dibangun dan gugus proteinnya diuji mengikuti prinsip monofiletik, hanya tersisa 335 cluster yang memenuhi kondisi awal. Semua protein dalam sampel akhir, menurut ahli biologi, ada dalam genom LUCA. Perlu dicatat bahwa kriteria ini tidak mengecualikan kemungkinan transfer gen horizontal. Dengan demikian, protein yang pertama kali muncul pada bakteri awal dapat memasuki Archea dan menyebar di antara perwakilan dari setiap domain, meskipun tidak pernah ada di tubuh Luke.
Ahli biologi tertarik pada gen yang menyusun "inti informasi" dalam sel organisme hidup. Kita berbicara tentang 19 protein yang terlibat dalam sintesis ribosom, serta delapan enzim yang memainkan peran utama dalam pembentukan RNA transpor (mereka memindahkan asam amino ke tempat pembentukan molekul protein).
Perokok hitam
Video promosi:
Foto: NOAA / Wikipedia
Genom Luke yang direkonstruksi menunjukkan bahwa itu adalah makhluk anaerobik (beradaptasi dengan lingkungan anoksik) yang menerima energi yang diperlukan untuk kehidupan sebagai hasil dari kemosintesis - reaksi kimia yang mengoksidasi mineral. Rupanya, nenek moyang semesta hidup di dekat ventilasi hidrotermal, seperti perokok hitam. Hal ini ditunjukkan dengan kemungkinan adanya gas di dalamnya - enzim yang spesifik untuk organisme termofilik (termofilik). Juga di LUCA, kemungkinan besar, ada enzim yang memungkinkan kemosintesis, di mana karbon dioksida adalah satu-satunya sumber karbon. Secara umum organisme ini dapat menerima energi dari gas-gas seperti hidrogen, karbondioksida, dan nitrogen.
Beberapa enzim mengandung gugus besi-belerang (FeS), yaitu sekumpulan molekul kofaktor yang secara khusus mengikat protein dan menentukan aktivitas katalitiknya. Ini menunjukkan bahwa Luke tinggal di lingkungan yang kaya zat besi. Kelompok protein lain yang terlibat dalam metabolisme gula telah diidentifikasi: glikosilase dan hidrolase. Enzim dalam sel modern ini penting untuk sintesis dinding sel, yang mungkin menunjukkan adanya dinding sel primitif di LUCA.
The Great Prismatic Spring adalah habitat khas Archaean
Foto: Jim Urquhart / Reuters
Temuan para peneliti mengkonfirmasi sejumlah tesis penting. Klaster FeS, serta logam transisi dalam komposisi kofaktor, merupakan warisan metabolisme purba. Organisme hidup pertama muncul di lubang hidrotermal. Reaksi kimia yang terjadi di perbatasan lingkungan akuatik dan batuan berbatu menciptakan kondisi munculnya kehidupan. Perwakilan pertama dari bakteri dan archaea adalah autotrof, bergantung pada hidrogen dan menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor terminal dalam metabolisme energi (pada hewan dan tumbuhan, oksigen yang dihirup memainkan peran ini).
Pohon filogenetik yang dibangun tidak memungkinkan untuk mengisolasi karakteristik protein LUCA, yang terlibat dalam sintesis asam amino penyusun protein dan nukleosida yang membentuk DNA dan RNA. Namun demikian, nenek moyang universal bisa saja terbentuk dari komponen-komponen yang terbentuk sebagai hasil dari proses kimiawi spontan yang menjadi ciri awal Bumi.
Menariknya, hasil penelitian ahli biologi Jerman itu bertentangan dengan temuan ilmuwan Prancis yang dipublikasikan pada 2008. Mereka mengaitkan bawang dengan organisme yang lebih menyukai suhu sedang (kurang dari 50 derajat Celcius). Diyakini bahwa LUCA tidak bisa menjadi termofil karena fakta bahwa proteinnya tidak tahan terhadap suhu tinggi. Pada saat yang sama, nenek moyang bakteri dan archaea mungkin saja hidup di lingkungan yang sangat panas. Karya baru ini tidak memperhatikan stabilitas langsung enzim, tetapi pada kondisi lingkungan apa yang menjadi karakteristik protein ini.
Alexander Enikeev
