Милијарду година стар липид наговештава дугу историју сложених ћелија – Арс Тецхница

Сва жива бића која можемо да видимо око нас – биљке, животиње и гљиве – су еукариоти сачињени од сложених ћелија. Њихове ћелије имају много унутрашњих структура окружених мембранама, које ствари попут производње енергије држе одвојеним од генетског материјала, итд. Чак и једноћелијски организми на овој грани дрвета живота често имају структуре прекривене мембраном које се крећу и преуређују да би се храниле.

Део еластичности ове мембране долази захваљујући стероидима. Код вишећелијских еукариота, стероли обављају различите функције; Између осталог, користе се као сигнални молекули, попут естрогена и тестостерона. Али сви еукариоти уводе различите допинге у своје мембране, који повећавају њихову флуидност и мењају њихову закривљеност. Дакле, еволуција метаболизма стероида може бити кључна за омогућавање сложеног живота.

Сада, истраживачи су пратили порекло еукариотских стероида до скоро милијарду година у прошлости. Налази сугеришу да су многе гране еукариотског породичног стабла некада направиле ране верзије стероида. Али наш огранак је развио способност да произведе више финих детаља – што нам је можда помогло да надмашимо своје рођаке у конкуренцији.

Збуњен распоред

У одређеној мери, нови рад укључује тестирање идеје коју је предложио биохемичар пре неколико деценија Конрад Блох. Блох је добио Нобелову награду за откриће биохемијских путева који омогућавају ћелијама да производе стероиде од једноставнијих предака. Блох је 1994. године предложио да су хемијски интермедијери на путевима које је он идентификовао, у неком тренутку у нашим еволуционим путањама, крајњи производи. Ћелије би направиле ове мање сложене стероиде, који су играли кључну улогу у њиховом опстанку; Међутим, временом је наша грана развила ензиме који га даље модификују на корисне начине.

Ово је имало могућност да има смисла кроз низ доказа који се нису сасвим уклапали. Пронашли смо микрофосиле старе 1,6 милијарди година који изгледа да показују сложене ћелије са површинским процесима који су типично ограничени на еукариоте. Ово добро функционише са ДНК доказима, који указују на то да се сви садашњи еукариоти могу пратити до заједничког претка који је постојао пре најмање 1,2 милијарде година, вероватно већ пре 1,8 милијарди година.

Али такође можемо тражити допинг у древним стенама, јер су молекули изузетно стабилни. Али стероиди у данашњим еукариотима нису се појавили све до пре око милијарду година — много касније од самих еукариота. Овај јаз би се могао тачно објаснити ако су ранији еукариоти користили Блохове биохемијске интермедијере.

Овде је Блох, иако је био у праву, погрешио. Претпоставља се да би међупродукти били хемијски нестабилни и да стога не би преживјели у седиментима довољно дуго да их можемо пронаћи. Са ове тачке гледишта, није било смисла тражити.

дугорочни

Међународни тим истраживача одлучио је да би можда било вредно тестирати Блохову претпоставку о трајности ових молекула. Дакле, истраживачи су саставили групу молекула, подвргли их загревању и условима убрзаног старења и погледали шта се догодило. Док су изгубили два атома са стране цикличних структура, већина молекула је преживела. Што је још важније, није познато да други анаболички стероиди производе исте молекуле када се разграђују, тако да ови древни међупроизводи могу да делују као трагови производње стероида.

Са овим информацијама у руци, истраживачи су добили узорке нафте и катрана из седимената датираних у различитим тачкама Земљине прошлости. Чак је и најстарији примерак, стар 1,6 милијарди година, већ имао доста остатака стероидних интермедијера. Истраживачи су изоловали десетине рођака средњих стероидних једињења, али нису пронашли ниједан од молекула које бисте очекивали да постоје модерни стероиди.

Чини се да су и еукариоти били свеприсутни. „Ови стероли су откривени у релативно дубоким и плитким воденим срединама, микробним простиркама и пелагичким стаништима, шкриљцима и карбонатима, као иу морским и можда језерским језерцима“, пишу истраживачи.

Опет, први знаци модерних стероида појављују се тек пре мање од милијарду година, што указује да су еукариоти — наши преци и друге гране еволуционог стабла — цветали скоро милијарду година користећи молекуле који су сада само хемијски интермедијери. Различите класе модерног допинга се такође полако појављују у геолошким записима, што указује да нема налета иновација.

Екстремно преживљавање

Истраживачи предлажу занимљиву идеју која ставља порекло савремених еукариота у геолошки запис. Чини се да су еукариоти настали током геолошког временског периода званог „досадна милијарда„, који се простирао пре отприлике 1,8 до 0,8 милијарди година. За то време, као што му име говори, није се много догодило. Већи део овог времена, геологија је видела да се Земљине континенталне плоче агрегирају у суперконтинент, помажући да се подржи наизглед стабилна клима у који изгледа да има живот. Они су одговорили на релативну стагнацију формирањем једнако стабилних екосистема који су постојали већи део овог времена.

Док би преци свих модерних еукариота еволуирали током досадног периода од милијарду долара, недостатак еколошких поремећаја је вероватно значио да им је било тешко да пронађу незаузету еколошку нишу. У светлу овог изазова, истраживачи сугеришу да је еволуција модерних водоземаца могла да им пружи издржљивост потребну за заузимање екстремнијих окружења, као што су места где преовлађују хладне или високе температуре или места као што су блатњаци који се периодично суше. То би значило да су модерни стероиди произведени, али само на нивоима који чине откривање мало вероватним.

Досадна милијарда завршила се наглом тектонском активношћу и глобалним глацијацијама, што је могло да изазове бактеријски еквивалент масовног изумирања. У турбулентном окружењу које је уследило, способност да се издрже екстремне животне средине које су дозвољавали савремени активатори могла је да пружи нашим прецима предност, омогућавајући им да доведу све друге гране еукариотског дрвета у изумирање.

Природа, 2023. ДОИ: 10.1038 / с41586-023-06170-в (о ДОИ).