آخرین جد مشترک همه موجودات زنده تقریباً 4.2 میلیارد سال پیش به طور ناگهانی روی زمین ظاهر نشد.
برخی از ژن های او از منبعی حتی قدیمی تر و مرموزتر می آیند…
آرون گلدمن زیست‌شناس از کالج اوبرلین در ایالات متحده توضیح می‌دهد: «در حالی که آخرین جد مشترک جهانی باستانی‌ترین موجودی است که می‌توانیم با روش‌های تکاملی مطالعه کنیم، برخی از ژن‌های موجود در ژنوم آن بسیار قدیمی‌تر بودند».
گلدمن و دو زیست‌شناس آمریکایی دیگر، گرگ فورنیر از موسسه فناوری ماساچوست و بتول کاچار از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، در دیدگاه جدیدی استدلال می‌کنند که اگر بخواهیم درباره پایه‌های حیات روی زمین بیشتر بدانیم، این ژن‌های کدکننده پروتئین فوق‌قدیم ارزش بررسی بیشتر را دارند.
آنها اولین کسانی نیستند که از خانواده‌های ژنی باستانی برای استنتاج عمیق‌ترین بخش‌های تاریخ تکاملی استفاده می‌کنند، اما این سه نفر می‌خواهند اکنون این نکته را بیان کنند که پیشرفت‌های کلیدی در بازسازی توالی اجدادی امکان بررسی دقیق‌تر ژنوم آخرین اجداد مشترک جهانی (LUCA) را نسبت به قبل فراهم کرده است.
ژنتیک مانند تاریخ توسط برندگان نوشته می شود. اگر یک موجود زنده نسلی از خود بر جای نگذاشته باشد، پس ما هیچ راهی برای دانستن وجود آنها نداریم.
سابقه فسیلی به عمر احتمالی LUCA ادامه نمی‌یابد، که ژن‌های ما را به عنوان یکی از تنها سرنخ‌های دنیای واقعی باقی می‌گذارد.
خانواده‌های ژن تکراری باستانی، که به نام «پارالوگ جهانی» شناخته می‌شوند، تکرارهای دوگانه نادری هستند که امروزه در هر شاخه‌ای از حیات روی زمین یافت می‌شوند. این بدان معناست که قبل از تقسیم این شاخه ها باید دو برابر شده باشند.
اگر LUCA تنه درخت خانوادگی ژنتیکی ما است، پس ارگانیسم‌های تک سلولی قبلی که احتمالاً حاوی این ژن‌های تکراری بودند، ریشه‌های خود زندگی بوده‌اند – اجدادی که مدت‌ها مدفون شده‌اند که به پیدایش حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها و باکتری‌ها کمک کردند.
کاچار می‌گوید: «با پیروی از پارالوگ‌های جهانی، می‌توانیم نخستین مراحل زندگی روی زمین را با ابزارهای علم مدرن مرتبط کنیم. آنها به ما فرصتی می‌دهند تا عمیق‌ترین ناشناخته‌های تکامل و زیست‌شناسی را به اکتشافاتی تبدیل کنیم که واقعاً می‌توانیم آزمایش کنیم.»
دانشمندان فقط می توانند حدس بزنند که در زمان زندگی لوکا چه اتفاقی می افتاد، چه برسد به آنچه قبلاً بود. این احتمال وجود دارد که LUCA به تنهایی در زمین پرسه نمی‌زند، بلکه در یک «سیستم بوم‌شناختی مستقر» که می‌توانست «در حد متوسط» تولید کند، همزیستی کرده است.
اینکه این ارگانیسم ها یا اکوسیستم هایشان چقدر ساده یا پیچیده بودند جای بحث دارد.
گلدمن و همکارانش نوشتند که در حال حاضر تنها چند خانواده پروتئینی فرالوگ جهانی شناخته شده است، اما این کمبود “لزوما به دلیل فقدان پارالوگ در پروتئوم واقعی LUCA نیست.”
با گذشت زمان، بسیاری از پارالوگ‌ها در پروتئوم LUCA احتمالاً به دلیل رویدادهای تکاملی، واگرایی ژنتیکی یا انتقال افقی ژن (روش مشترکی که باکتری‌ها ژن‌ها را در یک جمعیت به اشتراک می‌گذارند) از شجره خانواده گم شده‌اند.
این ممکن است ماهیت باستانی برخی از ژن های پروتئینی را که هنوز هم کار می کنند پنهان کند.
نویسندگان نوشتند: «به این دلایل، این احتمال وجود دارد که اکثر خانواده‌های پروتئینی موجود در LUCA نمی‌توانند با آنالیزهای فیلوژنتیکی شناسایی شوند.
با این حال، این محدود کننده است و هر چیزی را که می توان مطالعه کرد بسیار خاص تر می کند.
فورنیه می‌گوید: «تاریخچه این پارالوگ‌های جهانی تنها اطلاعاتی است که ما تا به حال در مورد این خطوط سلولی اولیه خواهیم داشت، و بنابراین باید با دقت تا آنجا که ممکن است دانش بیشتری از آنها استخراج کنیم.
مطالب مرتبط: دانشمندان نشان می‌دهند که چگونه اجداد همه حیات روی زمین را شناسایی کردند
به عنوان مثال، برخی از پارالوگ های جهانی در سیستم ترجمه ژن دخالت دارند، که نویسندگان دیدگاه ادعا می کنند “احتمالاً قدیمی ترین سیستم مولکولی است که در حیات موجود امروزی حفظ شده است.”
سایر پارالوگ های جهانی با تولید آنزیم ها یا پروتئین های دخیل در حفظ عملکرد غشاهای بیولوژیکی مرتبط هستند.
به عنوان مثال، اخیراً تعدادی از مطالعات نشان داده اند که پیش سازهای pre-LUCA برای آنزیم های معروف به آمینواسیل mRNA سنتتازها وجود دارد.
گفتن اینکه این آنزیم ها برای زندگی ضروری هستند، دست کم گرفته شده است. آنها مسئول اتصال اسید آمینه صحیح به RNA انتقالی متناظر آن هستند که این آمینو اسیدها را به دنباله ای می برد که یک پروتئین را تشکیل می دهد.
این واقعیت که اجداد آنها قبل از LUCA بودند نشان می دهد که اشکال اولیه زندگی می توانستند اسیدهای آمینه را در پروتئین های کدگذاری شده ژنتیکی حتی قبل از تکامل خویشاوندان مدرن تر خود وارد کرده باشند.
نویسندگان نتیجه می‌گیرند: «در مجموع، این نتایج تأیید می‌کند که گذار به کد ژنتیکی مدرن پیش از LUCA، یک فرآیند تکاملی پیچیده شامل مکانیسم‌های متعدد، از جمله تکامل همزمان با مسیرهای بیوسنتز اسید آمینه بود».
این مطالعه در منتشر شد ژنومیک سلولی.
