tg-cbmass-20121025

Luca napja van, legyen hát szó Lucáról, pontosabban LUCA-ról, a ma élő organizmusok utolsó közös őséről (Last Universal Common Ancestor).
Nem tudjuk pontosan, hogy hogyan is nézhetett ki LUCA, de bizonyos sejtéseink vannak néhány tulajdonságáról. Először is mivel a genetikai kód univerzális és számos olyan fehérje ismert amelyek orthológjai elővilág mindhárom nagy ágában (Archea, Eubacteria, Eukarya) fellelhetők, meglehetős nagy valószínűséggel kijelenthetjük, hogy ezen tulajodnságok egyben LUCA tulajdonságai is voltak. Az elterjedtebb elméletek szerint LUCA leginkább egyes ma élő Gram-pozitív baktériumokra hasonlíthatott, azaz bakteriális kör alakú DNS kromoszómával, sejtmembrán és -fal által körülvett transzkripciós és transzlációs apparatussal rendelkező prokarióta lehetett. Vagy nem, legalább is ezt sugallja Eugene Koonin és William Martin egy közelmúltban megjelent cikkjükben.

A Trends in Genetics véleményrovatában közölt írásukban arra hívják fel a figyelmet, hogy az említett hasonlóságok ellenére számos alapvető különbség is akad az Archea és Eubacteria csoportba tartozó mikroorganizmusok között. A legismertebb talán az, hogy sejtmembránjuk (és ami azt illeti sejtfaluké is) összetétele alapvetően különbözik: az előbbiét izoprén-éterek, míg utóbbiét zsírsav-észterek alkotják. Sőt a DNS másolásra is igen eltérő szekvenciájú fehérjéket használnak. Ennek egyik magyarázata természetesen lehet az, hogy mivel az Archea csoportba tartozó mikróbák elsöprő többsége extremofil, azaz szélsőséges körülmények (magas hő és só koncentráció, vagy igen hideg) között éldegél, az új életmódjukhoz való alkalmazkodás során következtek be ezek a változások. Koonin és Martin azonban egy másik lehetséges megoldást ajánl: LUCA még nem rendelkezett sem sejtmembránnal, sem DNS alapú genommal, eze a két ágban később egymástól függetlenül alalkultak ki. Igen ám, de a természetesen felemrülő kérdés az, hogy akkor (szerintük) hogyan jöhetett létre egyáltalán LUCA, hiszen lehetetlen, hogy egy akár ennyire komplex organizmus spontán szerveződjön az "őslevesben".
A két kutató által vázolt lehetőség sokban építkezik a viszonylag közismert tengerfenéki hőforrás elméletre (e szerint az élet keletkezése ezekhez a képződményekhez kötött). Szerintük LUCA egy ilyen hőforrás környékén, geokémiai erők által létrehozott lyukacsos kőzetekben jelenhetett meg. Az ilyen geológiai képződmények sok kb 1-100 mikron átmérőjű hasadékot tartalmaznak, és a forrás aktivitás alatt ill. miatt állandóan növekednek, azaz állandóan új rekeszek adódnak a képződményhez. A szintén jelen levő vas-szulfid katalizátora lehetett a különböző biomolekulák létrejöttének, amelyek ezáltal egy abiotikus, de kisméretű térben "lelték magukat". A folyamat fő hajtóereje (ezúttal is) az önreplikáció irányába mutató természetes szelekció, ami egyrészt az előbb több, majd egyetlen szegmensen (szakaszon) kódolt altruista operonok megjelenéséhez vezetett (amelyek magukban kódolták a replikációhoz szükséges első géneket), másrészt lehetővé tette az első paraziták megjelenését is (akik a már említett replikációs apparátust kihasználták saját sokszorozódásukra, de ők nem kódoltak a folyamathoz szükséges fehérjét). És ezzel kb. elértünk az RNS-világhoz.
Mivel az egyes apró hasadékok között léteztek nyílások, az egyes kompartmentekből időnként egy-egy molekula populáció egyszerű diffúzió útján átkerült egy-egy szomszédos rekeszbe. Ez természetesen szelekciós tényező is volt, hiszen amelyik társaság nem tartalmazta/kódolta a replikációhoz szükséges összes elemet, az rövid időn belül nyomtalanul eltűnt. A fejlődés egy következő pontja lehetett, amikor ez az ősi genom egyfajta retrovírus-szerű replikációra tért át, azaz az RNS genom replikációjába közbe iktatódott egy kettősszálú DNS is, amiről egy RNáz segítségével íródott vissza a megfelelő orientációjú RNS (ezzel lehetne magyarázni pl. az RNáz-H jelenlétét mind az Archea-ban, mind az Eubacteria-ban).
És ez az a pont ahol az Archeák és Eubacteriák története elválik, azaz az előbb vázolt molekulaegyüttes nem más mint LUCA. Az önreplikációra képes primitív genomok ezután különböző úton, egymástól függetlenül tértek át a teljesen DNS alapú genomra (ezért különböznek a DNS replikáció komponensei annyira), ill. alakítottak ki maguknak sejtmembránt. (A felmerülő probléma itt csak annyi, hogy a sok különbözőség ellenére, van azért néhány membránfehérje is amelyik mindkét csoportban megtalálható. Szerzőink szerint ezt nem lehet későbbi horizontális gén transzferrel magyarázni - amely egyébként nem ritka a prokarióták között -, ugyanis az ominózus fehérjék alapján készülő filogenetikai fák egyértelműen elválasztják az Archea és Eubacteria csoportokat. Az általuk elképzelhetőnek tartott magyarázat szerint ezek a fehérjék az abiotikus hasadékok falán spontán képződő hidrofób rétegekben létezhettek, s mivel ezek képződéséhez nincs szükség egy membrán-szintetizáló apparátusra, nem feltételezi azt, hogy LUCA genomja ilyesmit kódolt volna. Lehet, de szvsz ez az elmélet egyik igen gyenge pontja.)

Nagyításhoz katt a képre

Ez mind szép és jó, de ahhoz, hogy tudományos elméletként fogadhassuk el kell legyen valami predikció, mert különben csak filozófia. Nos, ezt természetesen a szerzők is belátják, ezért a következő logikus potenciális falszifikációs utat javasolják: amennyiben a sikerül olyan prokariótákra lelni, melyeknek Eubacteriára jellemző membránjuk, de Archae típusú DNS szintetizáló apparátusuk van, az teóriájuk instant halálát jelentené, hiszen annak értelmében ilyenfajta "átmeneti" fajok nem létezhetnek. Mindenesetre ha valaha kiderül, hogy elméletük igaz (ami egy elég nagy HA), az a szóban forgó egykori mélytengeri hőforrást, ahol LUCA megjelent, valóban az "élet-forrásává" tenné....