Vorfahr aller Lebewesen anspruchsvolle mehr als gedacht

Der geheimnisvolle gemeinsame Vorfahre von allen Lebens auf der Erde kann komplizierter als vorher gedacht gewesen – eine anspruchsvolle Organismus mit einer komplizierten Struktur jetzt Wissenschaftler vermuten.

Die letzte universelle gemeinsame Vorfahr oder LUCA, so nennen Forscher den Vorläufer aller Lebewesen. Viel über LUCA bleibt rätselhaft – viele denken, es war kaum mehr als eine primitive Assemblage aus molekularen teilen, eine chemische Suppe aus der Evolution allmählich komplexere Formen gebaut. Einige sogar Debatte, ob es noch eine Zelle war. [Theorien über erste Erdenleben]

Jetzt, nach Jahren der Forschung zu einem einmal vernachlässigt Feature von Mikroben, Wissenschaftler empfehlen die letzte universelle gemeinsame Vorfahr war in der Tat Komplex und erkennbar, wie eine Zelle.

Miniatur-Organe

Die Forscher konzentrierten sich auf einen Bereich von Zellen mit hohen Konzentrationen von Polyphosphate, Moleküle wie ATP zur Übertragung von Energie in der Zelle in chemischer Form geladen. Dieser Lagerstätte für Polyphosphate kann die ersten bekannten universal Organellen darstellen – Fächer innerhalb von Zellen, die im Wesentlichen als Miniatur Organe handeln – die Ermittler schlagen. Andere Arten von Organellen gehören die Chloroplasten, die Pflanzen die Fähigkeit, Sonnenlicht als Energie zu nutzen gibt, und das Mitochondrium, wodurch Leben Sauerstoff für die Atmung zu verwenden.

Wissenschaftler dachten Organellen fehlten aus Bakterien und ihre weitläufig verwandten mikrobielle Vettern, die Archaeen. Nun diese Ergebnisse deuten diese Polyphosphat Lagerung Organelle ist in allen drei Domänen des Lebens – Bakterien, Archaeen und Eukaryoten, die Tiere, Pflanzen und Pilze enthalten.

"Es war ein Dogma der Mikrobiologie, dass Organellen in Bakterien vorhanden waren", sagte Forscher Manfredo Seufferheld, Stress Physiologe und ein Biologe an der University of Illinois at Urbana-Champaign. Dennoch zeigte früherer Forschungen von ihm und seinen Kollegen, dass die Speicherstruktur Polyphosphat in mindestens zwei Bakterienarten physikalisch, chemisch und funktional dasselbe wie ein Organell bezeichnet eine Acidocalcisome in vielen einzelnen-celled Eukaryotes gefunden.

Diese Speichereinheit in ihre neuesten Forschungsergebnisse suchen das Team analysiert die Evolutionsgeschichte ein Enzym bekannt als ein vacuolar Proton-Pyrophosphatase (V-H + PPase), die gemeinsam in der Acidocalcisomes der bakteriellen und eukaryotic Zellen ist. Die Ergebnisse zeigten Archaea haben auch das Enzym und eine Struktur mit den gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften wie eine Acidocalcisome.

"Diese Organellen scheint universell zu sein," sagte Seufferheld LiveScience. "Dies deutet darauf hin, dass die letzte universelle gemeinsame Vorfahren hatten viel mehr Zellstruktur als andere gedacht hatte."

Beschreibt einen gemeinsamen Vorfahren

Durch den Vergleich der Sequenzen der Gene für dieses Enzym aus Hunderten von Organismen, die drei Domänen des Lebens darstellt, errichtet die Forscher einen Stammbaum zeigen, wie verschiedene Versionen des Enzyms in verschiedenen Arten betrafen. Ähnlichen Sequenzen waren je enger sie verwandt waren, und desto weniger ähnelten sie, waren sie umso mehr entfernt verwandt.

Die Forscher fanden eine Komponente von V-H + PPase von 31 Arten von Eukaryoten, 231 von Bakterien und Archaeen 17 geteilt. Die einfachste und wahrscheinlichste Erklärung für diese Entdeckung "wäre, dass Sie das Enzym bereits, noch bevor Diversifikation auf der Erde begonnen", sagte Forscher Gustavo Caetano-Anollés, eine evolutionäre Genomicist an der University of Illinois at Urbana-Champaign. "Das Protein war es von Anfang an und wurde dann in alle neuen Linien geerbt."

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, "wir unterschätzt haben kann wie komplex dieses gemeinsamen Vorfahren tatsächlich war," sagte der Forscher James Whitfield, ein Phylogeneticist an der University of Illinois at Urbana-Champaign.

Der letzte universelle gemeinsame Vorfahr kann viel komplexer als die einfachsten Organismen Leben heute noch gewesen sein.

"Einige haben argumentiert, dass der Grund dafür, dass Bakterien so einfach ist, da sie unter extremen Bedingungen leben müssen und sie müssen sehr schnell reproduzieren, so dass sie möglicherweise tatsächlich reduzierte Versionen von, was es ursprünglich war," sagte Whitfield. "Nach dieser Auffassung, sie haben genetisch und strukturell optimiert werden aus, was sie ursprünglich, wie waren." [Extreme Leben auf der Erde: 8 Bizarre Kreaturen]

Ein möglicher Kritikpunkt ist, dass Archaeen und Bakterien nicht dieser Organellen von der letzten universal gemeinsamen Vorfahren geerbt haben könnte. Beide diese Domänen des Lebens sind potenziell in der Lage Gene und sogar Organellen aus anderen Leben – das ehemalige Phänomen ist bekannt als seitliche oder horizontalen Gentransfer, letzteres als Endosymbiose.

Allerdings, sagte der Forscher war es weit weniger wahrscheinlich, dass Bakterien und Archaeen dieser Organellen von lateralen Gentransfer und Endosymbiose stieß. Der Stammbaum erstellt für V-H + PPase ist im großen und ganzen ähnlich wie andere Familie Bäume des Lebens erstellt von früheren Studien, dass jeder bis zu Hunderte von Genen analysiert. Dies deutet darauf hin V-H + PPase und seiner damit verbundenen Organelle wurden weitergegeben viel wie alle anderen Genen waren. Wenn lateralen Gentransfer oder Endosymbiose beteiligt waren, den Stammbaum für V-H + PPase "würden Konflikt stark mit den Stammbäumen wir aus anderen Quellen von Daten erkennen," sagte Whitfield LiveScience.

Bezüglich der letzte universelle gemeinsame Vorfahr, das bleibt eine Möglichkeit war, dass es keinen einzelligen Organismus, hinzugefügt Whitfield. Eher, es könnte mehr von einer Kolonie von winzigen subzelluläre Entitäten gewesen sein. "Wir haben keine Möglichkeit, zu sagen,", sagte er.

Die Forscher wollen nun untersuchen die Entstehungsgeschichte von anderen Proteinen, die im Zusammenhang mit dieser Organellen ein Bild davon wie der letzte universelle gemeinsame Vorfahr gewesen sein könnte.

Die Wissenschaftler ihre Ergebnisse detailliert Online-Okt. 5 in der Fachzeitschrift Biology direkte.