Μην περιμένεις καμιά ηχηρή ανακάλυψη απολιθώματος! Ο πρόγονος (progenote) όλων των εμβίων προσεγγίστηκε in silico μόνο, δηλ. με τη βοήθεια αλγορίθμων ειδικευμένων στην ανάλυση γονιδιωματικών αλληλουχιών, και το γενετικό πορτρέτο του βάσει τέτοιων αναλύσεων πρόσφερε τις πρώτες νύξεις σχετικά με την οικολογία του, το φυσικό περιβάλλον όπου πιθανότατα ζούσε. Μα πού βρισκόμαστε; Μεταφερθείτε νοερά στο παρελθόν της Γης, κάπου  4 δισεκατομμύρια χρόνια πίσω … λίγο φως στο μυστήριο του πώς πρωτοαναδύθηκε η ζωή στη Γη!

Ας δούμε πώς παρουσιάστηκαν (εδώ) τα ευρήματα αυτά από τον Nicholas Wade στην εφημερίδα New York Times πριν από 3 μέρες:

Αυτός ο σεβάσμιος πρόγονος ήταν μονοκύτταρος, ίσως κάτι σαν τα γνωστά μας βακτήρια· τον βάφτισαν με μεγάλο όνομα, ή τουλάχιστον το ακρωνύμιό του: είναι γνωστός ως Last Universal Common Ancestor (LUCA, ο έσχατος παγκόσμιος/καθολικός κοινός πρόγονος)· εκτιμάται ότι έζησε πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν η ηλικία της Γης είχε φτάσει αισίως τα 560 εκατομμύρια χρόνια.

Με το νέο αυτό εύρημα φαίνεται πως οξύνεται η διαμάχη μεταξύ όσων πιστεύουν ότι η ζωή ξεκίνησε σε κάποιο ακραίο περιβάλλον, όπως λόγου χάρη στα υδροθερμικά ανοίγματα της βαθιάς θάλασσας [ΥδΑΒθ] ή στις πλαγιές ενεργών ηφαιστείων, και εκείνων που είναι υπέρ της άποψης – μάλιστα την πρωτοπρότεινε ο Δαρβίνος – περί φυσιολογικότερου περιβάλλοντος, όπως μια «ζεστή λιμνούλα».

Σχετικά με τη φύση του πρώτου προγόνου όλων των εμβίων επικρατεί ασάφεια επί μακρόν, διότι απλούστατα οι τρεις μεγάλες βασικές υποδιαιρέσεις της ζωής (γνωστές ως επικράτειες), δηλ. τα βακτήρια, τα αρχαία (archaea) και οι ευκαρυώτες, δεν εμφανίζουν κάποια κοινή αφετηρία ως προς την προέλευσή τους.  Ας σημειωθεί ότι τα αρχαία μοιάζουν με τα βακτήρια, ενώ οι ευκαρυώτες περιλαμβάνουν όλα τα γνωστά φυτά και ζώα.

Οι ειδικοί της εξέλιξης έχουν πλέον καταλήξει να πιστεύουν  ότι τα βακτήρια και τα αρχαία αποτέλεσαν τις δύο πιο πρώιμες επικράτειες της ζωής, με την ανάδυση των ευκαρυωτικών οργανισμών να ακολουθεί αργότερα. Βασιζόμενη σε αυτή τη θεώρηση, ομάδα εξελικτικών βιολόγων στο Ντίσελντορφ της Γερμανίας, υπό την καθοδήγηση του William F. Martin, στο Πανεπιστήμιο Heinrich Heine, προσπάθησε να ρίξει φως στη φύση του οργανισμού από τον οποίο αναδύθηκαν τα αρχαία και τα βακτήρια (εδώ).   

Ξεκίνησαν από τα γνωστά γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες στα αρχαία και τα βακτήρια.  Σκεφτείτε μόνο ότι κατά την τελευταία εικοσαετία έχουν συσσωρευτεί στις τράπεζες γενετικών δεδομένων κάπου 6 εκατομμύρια τέτοια γονίδια, αφού οι επιστήμονες με τις σύγχρονες μηχανές ταχείας αποκωδικοποίησης έχουν αποθέσει γονιδιακές αλληλουχίες από χιλιάδες μικροοργανισμούς.

Τα γονίδια που εξυπηρετούν την ίδια λειτουργία στον άνθρωπο και τον ποντικό εμφανίζουν μεταξύ τους συγγένεια λόγω της καταγωγής τους από κάποιο αρχέγονο γονίδιο το οποίο ανήκε στο πρώτο προγονικό θηλαστικό. Με βάση λοιπόν τη σύγκριση των αλληλουχιών τους σε επίπεδο DNA, τα γονίδια μπορούν να ταξινομηθούν σε εξελικτικά δένδρα οικογενειών, ιδιότητα που επέτρεψε στον Δρ Martin και τους συνεργάτες του να χωρίσουν τα 6 εκατομμύρια γονίδια σε ένα πολύ μικρό αριθμό γονιδιακών οικογενειών. Από αυτές τις οικογένειες, μόνο 355 ικανοποιούσαν τα κριτήριά τους ότι πιθανόν να προέρχονται από τον Luca, ως τον κοινό πρόγονο βακτηρίων και αρχαίων.

Είναι επίσης γνωστό ότι η λειτουργία των γονιδίων προσαρμόζεται στο περιβάλλον ενός οργανισμού. Ως εκ τούτου, ο Δρ Martin έλπιζε ότι με τον εντοπισμό των γονιδιακών αλληλουχιών που πιθανότατα υπήρχαν στον Luca, θα ήταν επίσης σε θέση να σχηματίσει άποψη για το πού και πώς διαβίωνε αυτή η μορφή ζωής. Ο ίδιος δήλωσε ότι «Το αποτέλεσμα με άφησε εμβρόντητο, δεν το πίστευα!»

Πράγματι, τα 355 γονίδια οδήγησαν με αρκετή ακρίβεια σε έναν οργανισμό ο οποίος πρέπει να ζούσε σε συνθήκες όπως αυτές που απαντούν στα ΥδΑΒθ.

 Τα ΥδΑΒθ φιλοξενούν εξωτικές μορφές ζωής και με τις ακραίες χημικές συνθήκες που ισχύουν εκεί ανέκαθεν θεωρούνταν καλές θέσεις για την πιθανή προέλευση της ζωής. Μεταξύ των 355 γονιδίων που αποδόθηκαν στο Luca περιλαμβάνονται ορισμένα που σχετίζονται με τον μεταβολισμό του υδρογόνου ως πηγή ενέργειας καθώς επίσης και ένα γονίδιο υπεύθυνο για το ένζυμο αντίστροφη γυράση· τα εν λόγω γονίδια απαντούν μόνο σε υπερθερμόφιλους μικροοργανισμούς [ικανούς να διαβιούν σε ακραία υψηλές τιμές θερμοκρασίας], όπως ανέφεραν ο Δρ Martin και οι συνεργάτες του την περασμένη Δευτέρα στο Nature Microbiology.

Με βάση το εύρημα αυτό «κατανοήσαμε σε σημαντικό βαθμό τον τρόπο ζωής του Luca», διαπιστώνει ο James O. McInerney από το Πανεπιστήμιο του Manchester σε σχόλιό του στο ίδιο επιστημονικό περιοδικό (εδώ), και φυσικά «σχηματίσαμε μια γενικότερη εικόνα για τη ζωή πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια.» 

Το πορτρέτο του Luca σύμφωνα με τον Δρ Martin φαίνεται πως θα τύχει ευρείας αποδοχής· έχει όμως προχωρήσει και ένα βήμα παραπάνω ώστε να αποτελέσει αντικείμενο σημαντικής επιστημονικής διαμάχης. Ο Δρ Martin υποστηρίζει ότι ο Luca εντοπίζεται πολύ κοντά στην απαρχή της ίδιας της ζωής. Από τον εν λόγω οργανισμό ελλείπουν τόσα πολλά γονίδια αναγκαία για τη ζωή, που σημαίνει ότι πρέπει να εξαρτιόταν σε σημαντικό βαθμό από τα χημικά συστατικά του περιβάλλοντός του· ως εκ τούτου πρέπει να θεωρείται «ημι-ζωντανός», σημειώνει.

Η εξάρτηση του Luca από το υδρογόνο και διάφορα μέταλλα είναι υπέρ της θεώρησης ότι το περιβάλλον ενός ΥδΑΒθ ευνόησε την απαρχή της ζωής, συμπεραίνει ο Δρ Martin, εν αντιθέσει προς το χερσαίο περιβάλλον που προτείνεται στην αντίπαλη θεωρία του χημικού John Sutherland από το Πανεπιστήμιο του Cambridge στην Αγγλία.

Άλλοι πάλι πιστεύουν ότι ο Luca, όπως περιγράφηκε από τον Δρ Martin, αντιπροσώπευε ήδη έναν πολύ εκλεπτυσμένο εξελικτικά οργανισμό και μάλιστα απομακρυσμένο από την απαρχή της ζωής, την οποία θα συνιστούσαν έμβια συστήματα σχηματισμένα από τα χημικά υλικά της πρώιμης Γης.

Μεταξύ του Luca και του πρώιμου εκείνου συστήματος που μπορεί να θεωρηθεί η απαρχή της ζωής «μεσολαβεί πελώρια απόσταση από εξελικτικές καινοτομίες» δήλωσε ο Jack Szostak από το Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης, ο οποίος έχει μελετήσει τις πιθανές εξελικτικές διεργασίες των πρώτων κυτταρικών μεμβρανών.

Από τα δεδομένα του Δρ Martin είναι σαφές ότι ο Luca μάλλον κατάφερνε να επιτελεί τη σύνθετη διεργασία της πρωτεϊνοσύνθεσης. Και δείχνει απίθανο να μην μπορούσε επίσης να συνθέτει απλούστερα συστατικά, μολονότι τα αναγκαία γονίδια για κάτι τέτοιο δεν ανιχνεύτηκαν σε αυτόν, δήλωσε ο Steven A. Benner από το Ίδρυμα για την Εφαρμοσμένη Μοριακή Εξέλιξη. «Είναι σαν να δέχεσαι ότι είσαι ικανός να κατασκευάσεις ένα 747, ενώ συγχρόνως αδυνατείς να ραφινάρεις τον σίδηρο.»  

Επίσης ο Δρ Sutherland δεν πολυπίστεψε την θεώρηση ότι ο Luca ίσως τοποθετείται σε μια γκρίζα μεταβατική ζώνη μεταξύ ζωής και μη ζωής επειδή εξαρτιόταν από το περιβάλλον του σε ό,τι αφορά κάποια απαραίτητα συστατικά. «Είναι σαν να λες ότι είμαι και διατηρούμαι ημι-ζωντανός, διότι εξαρτώμαι από το σουπερμάρκετ της περιοχής μου.»

Ο Δρ Sutherland και άλλοι επιστήμονες σαφώς δεν έχουν θέμα να δεχτούν τη σύνδεση του Luca με τα ΥδΑΒθ, αλλά κάτι τέτοιο δεν σημαίνει ότι η ζωή προήλθε από εκεί, όπως ισχυρίζονται. Η απαρχή της ζωής θα μπορούσε να ξεκινήσει οπουδήποτε, και αργότερα να περιορίστηκε στο περιβάλλον της βαθιάς θάλασσας εξαιτίας κάποιας καταστροφής όπως ο Όψιμος Βαρύς Βομβαρδισμός, μια βροχή μετεωριτών η οποία χτύπησε τη Γη με τόση ενέργεια που έβρασε τους ωκεανούς σε μια πυρακτούμενη ομίχλη πριν από 4 έως 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η πολυπλοκότητα της ζωής είναι τόση ώστε απαιτεί πολλά εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης. Εντούτοις, τα στοιχεία για την πιο πρώιμη μορφή ζωής είναι ηλικίας 3,8 δισεκατομμυρίων ετών, σαν να αναδύθηκε σχεδόν στο λεπτό που έπαυσε εκείνος  ο Βομβαρδισμός. Η καταφυγή λοιπόν στα βάθη του ωκεανού κατά τη διάρκεια του Βομβαρδισμού θα έδινε στη ζωή το περιθώριο για εξελικτικές διεργασίες μεγαλύτερης διάρκειας. Οι χημικοί, όμως, όπως ο Δρ Sutherland λένε ότι δεν μένουν ήσυχοι με την ιδέα να εργάζεται η όποια προβιοτική χημεία σε συνθήκες ωκεανού, εντός του οποίου τα χημικά συστατικά όντας πολύ αραιωμένα δύσκολα θα κατάφερναν να συγκροτήσουν τα σύνθετα μόρια της ζωής.

Ο Δρ Sutherland βασιζόμενος στις κύριες αρχές της χημείας, έχει βρει ότι το ηλιακό υπεριώδες φως αποτελεί βασική πηγή ενέργειας για την πραγματοποίηση χημικών αντιδράσεων, και ως εκ τούτου θεωρεί τις λίμνες της ξηράς ως το ιδανικότερο περιβάλλον για την έναρξη της ζωής παρά τον ωκεανό. «Δεν ξεκινήσαμε με ένα σενάριο που προτιμούμε, αλλά συναγάγαμε ένα σενάριο βασιζόμενοι στη χημεία», δήλωσε εκφράζοντας συγχρόνως τα παράπονά του προς τον Δρ Martin επειδή δεν προχώρησε σε κάποιες χημικές προσομοιώσεις για να υποστηρίξει το σενάριο περί ΥδΑΒθ.

Το πορτρέτο του Luca σύμφωνα με τον Δρ Martin «έχει πολύ ενδιαφέρον, δεν έχει όμως καμία σχέση με την πραγματική προέλευση της ζωής», είπε ο Δρ Sutherland.

Επέλεξα σκόπιμα την παρουσίαση στους New York Times παρά την αντίστοιχη στο περιοδικό New Scientist (εδώ), αφού στην πρώτη διακρίνεται σαφέστερα και τεκμηριώνεται μια επιστημονική διαφωνία. Η μετάφραση-επιμέλεια του άρθρου είναι δική μου.

Ετικέτες: archaea, Last Universal Common Ancestor, LUCA, progenote, ανάδυση της ζωής, αρχαία, βακτήρια, Γη, εξέλιξη της ζωής, ευκαρυώτες, Κοινός πρόγονος των Εμβίων, υδροθερμικά ανοίγματα βαθιάς θάλασσας