Результаты, изданные в Биологии PLOS, предполагают впервые, что у Last Universal Common Ancestor (LUCA) жизни была ‘прохудившаяся’ мембрана, которая помогает ученым ответить на два из самых больших вопросов биологии:1. Почему все клетки используют тот же самый причудливый, сложный механизм, чтобы получить энергию
2. Почему у двух типов одноклеточного организма, которые создают самое глубокое отделение на древе жизни – бактериях и archaea – есть совершенно другие клеточные мембраныНегерметичность мембраны позволила LUCA быть приведенным в действие энергией в его среде, наиболее вероятные вентили глубоко на дне океана, держась во всех других компонентах необходимый для жизни.Команда смоделировала, как мембрана изменилась, позволив потомкам LUCA двинуться в новую, более сложную окружающую среду и развиться в два отличных типа одноклеточного организма, бактерий и archaea, создав самую глубокую ветвь древа жизни.Бактерии и archaea разделяют много общих черт, таких как гены, белки и механизмы чтения ДНК, первоначально ведущие ученые, чтобы полагать, что они были просто различными типами бактерий.
Их классификация изменилась в 1970-х после того, как чрезвычайные различия были найдены в способе, которым они копируют ДНК и в структуре их клеточной мембраны. Когда они оба произошли от LUCA, ученые намереваются находить ответы в структуре и функции мембраны LUCA.
Доктор Ник Лейн (Биологические науки UCL), кто привел исследование, сказал, «Я считаю эту работу просто красивой – это ограничивает последовательность шагов, идущих от странной клетки, которая, кажется, была предком всей жизни сегодня, прямо до глубокого подразделения между современными клетками. От единственной основной идеи модель может объяснить принципиальные различия между бактериями и archaea. Действительно ли это правильно?
Я хотел бы думать так, но что еще более важно, это делает некоторые ясные предсказания, что мы планируем проверить в будущем».Данные из исследования убедительно предполагают, что LUCA жил в области, где древняя морская вода, плотная с положительно заряженными частицами, названными протонами, смешанными с теплой щелочной жидкостью вентиля, которая содержала немного протонов. Различие в концентрации протонов через эти две окружающей среды позволило протонам течь в клетку, стимулируя производство молекулы названным аденозиновым трифосфатом (ATP), которая привела рост в действие клеток, как это делает сегодня.
owever, в отличие от современных клеток, ученые верят этому, мог только произойти, если бы мембрана была ‘прохудившейся’, позволив протонам оставить клетку спонтанно, таким образом, больше протонов могло войти в рост власти.Доктор Лейн сказал: «В этих глубоких морских вентилях есть непрерывный поток щелочных жидкостей, которые смешиваются с океанскими водами. Когда они смешиваются, жидкости нейтрализуют друг друга, и это останавливает любое наращивание обвинения, которое иначе предотвратило бы протоны, текущие в клетку.
Если бы у первых клеток были прохудившиеся мембраны, то протоны могли войти и затем нейтрализованы или уезжают снова, почти как будто не было никакого барьера вообще. То, что мы показали, – то, что уровень, в который протоны входят и отпуск, достаточно высок, чтобы привести рост в действие клеток через белки, включенные в мембрану.
Таким образом, LUCA, возможно, был приведен в действие естественными протонными градиентами в вентилях, но только если у него была действительно прохудившаяся мембрана, полностью в отличие от сегодняшних клеток».Чтобы сбежать из этих вентилей морского дна, LUCA должен был приспособить свою мембрану, чтобы накачать протоны из клетки, для них, чтобы течь въезжают задним ходом снова, чтобы помочь стимулировать производство ATP. Исследование предполагает, что бактерии и archaea развивали совершенно другие структуры клеточной мембраны и протонные насосы, держа тот же самый механизм для включения роста.
Это также объясняет, почему они отличаются по фундаментальным чертам, которые зависят от мембраны, такой как повторение ДНК.Виктор Соджо (UCL CoMPLEX/Biosciences), первый автор исследования, сказал: «Эксплуатация градиентов универсальна через всю жизнь, но понимающий, как LUCA использовала, чтобы стимулировать рост дала нам что-то вроде проблемы курицы-и-яйца: LUCA не сделал бы градиент, если бы он не знал, как эксплуатировать его, но как он мог изучить, как эксплуатировать градиент, если он не сделал тот во-первых?
Мы предлагаем, чтобы естественные протонные градиенты предоставили решение, потому что LUCA не должен был делать градиент; это уже было там бесплатно. Мы показываем, что современные ‘непрохудившиеся’ мембраны должны были развиться позже, и они сделали так независимо в archaea и бактериях.
Это объясняет, почему мембранная биоэнергетика универсальна в archaea и бактериях все же, насосы иона и мембраны отличаются, который был большим неизвестным».Для их следующего проекта доктор Лейн и его команда надеются воссоздать среду вентилей, которые, как полагают, были, где стандартные блоки жизни спонтанно сформировались четыре миллиарда лет назад, чтобы получить дальнейшее понимание, как молекулы ведут себя и взаимодействуют в таких условиях.