THIẾU LIêN KẾT GIỮA CáC TẾ BàO ĐƠN GIẢN Và CáC DẠNG SỐNG PHỨC TẠP Có THỂ TìM THẤY

Send

Các nhà khoa học có thể đã khai quật được mối liên kết còn thiếu giữa các tế bào đơn giản và phức tạp, tạo nên tất cả động vật, thực vật và nấm.

Các nhà khoa học coi các sinh vật đơn bào có tên Archaea nằm giữa các vi khuẩn nguyên thủy, thiếu nhân và các tế bào phức tạp hơn, hoặc sinh vật nhân chuẩn, theo dòng thời gian tiến hóa. Giống như anh em họ vi khuẩn của họ, Archaea thiếu một nhân, nhưng các vi khuẩn chứa DNA và các enzyme sao chép DNA gần giống với các enzyme ở sinh vật nhân chuẩn.

Một số nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng sinh vật nhân chuẩn đã tiến hóa khoảng 2 tỷ năm trước từ những sinh vật trung gian này, khi một vi khuẩn cổ đã tóm được một vi sinh vật đi qua, hút nó vào bụng tế bào của nó và biến nó thành một hạt nhân tạm thời. Những người khác cho rằng một vi khuẩn cổ tổ tiên đã phát ra những "tiếng xèo xèo", được xây dựng từ thành tế bào của chính nó, bám vào và sau đó tích hợp các sinh vật đơn bào hữu ích có chức năng như các bào quan thời hiện đại, hoặc các cấu trúc giống như cơ quan bên trong các tế bào thực hiện chuyên biệt chức năng.

Các chi tiết xung quanh sự kiện tiến hóa lớn này vẫn còn âm u, một phần vì các nhà khoa học đã tìm thấy rất ít bằng chứng về thời kỳ chuyển tiếp giữa các tế bào đơn giản và phức tạp. Nhưng bây giờ, các nhà nghiên cứu đã xác định được một cầu nối tiềm năng giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn: một sự tương đồng nổi bật được mã hóa trong protein của chúng.

Ở sinh vật nhân chuẩn, một số protein nhất định mang các chuỗi ngắn, được gọi là tín hiệu định vị hạt nhân hoặc NLS, để xâm nhập vào nhân. Protein vận chuyển liên kết với NLS và sau đó hộ tống một phân tử khác qua lỗ chân lông trong màng nhân. Về bản chất, NLS hoạt động như một huy hiệu bảo mật di động.

Mặc dù Archaea thiếu hạt nhân, dù sao một số protein của họ mang phù hiệu giống NLS, theo nghiên cứu được công bố ngày 10 tháng 9 trên tạp chí Phân tử Sinh học và Tiến hóa. Các tác giả cho rằng NLS có trước nguồn gốc của hạt nhân và có thể đóng vai trò là bước đệm tiến hóa cho phép vi khuẩn cổ tiến dần vào cuộc sống phức tạp.

"Tự nhiên có xu hướng phát minh ra từ những gì nó đã có", nhà sinh vật học tiến hóa Serge Melnikov, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Yale và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

Những huy hiệu NLS này cung cấp bằng chứng về một hình thức trung gian giữa các tế bào đơn giản và phức tạp - một phát hiện tương đương với việc phát hiện ra một con khủng long giống chim hoặc cá bò như một nhà cổ sinh vật học, Melnikov nói với LIve Science. Nhà nghiên cứu sinh học tính toán Aravind Iyer, người nghiên cứu về tiến hóa protein và bộ gen tại Trung tâm thông tin công nghệ sinh học quốc gia, cho biết: "Điều này khá độc đáo để đưa ra tuyên bố rằng những thứ này tồn tại trong Archaea. Không ai nghĩ rằng họ nên tìm kiếm NLS ở Archaea". nhưng không tham gia vào nghiên cứu hiện tại

Nhưng không phải ai cũng bị thuyết phục: Hai chuyên gia nói với Live Science rằng NLS có thể không phải là khẩu súng hút thuốc tiến hóa cho thấy các tế bào đơn giản tiến hóa thành những thứ phức tạp hơn.

Đào hóa thạch

Thay vì đào qua bộ xương, Melnikov đã đào qua các protein ribosome của tế bào để ghép lại lịch sử tiến hóa của chúng. (Ribosome là nhà máy di động giúp lắp ráp protein.)

"Chỉ có một số ít gen có mặt ở khắp nơi", có nghĩa là chúng có mặt trong tất cả các dạng sống, Melnikov nói. Khoảng một nửa trong số các gen được bảo tồn mã cho protein ribosome, ông giải thích, một thực tế cho thấy rằng các protein có một di sản tiến hóa dài, có thể kéo dài từ đầu cuộc sống. Ở sinh vật nhân chuẩn, protein ribosome xâm nhập vào nhân cần được sửa đổi trước khi thiết lập cửa hàng trong tế bào chất; họ thích truy cập dễ dàng vào hạt nhân nhờ vào NLS của họ.

Bằng cách so sánh cấu trúc của protein ribosome được lấy mẫu từ cả ba lĩnh vực của cuộc sống - Archaea, Bacteria và Eukarya - Melnikov nhằm mục đích phát hiện ra các chuỗi đặc trưng này. Các nhóm Archaea mà ông điều tra là một trong số những nhóm có thể tìm thấy trong tự nhiên ngày nay.

Lo và kìa, Melnikov và các đồng nghiệp đã khai quật được bốn protein lưu trữ được trang bị phù hiệu bảo mật tương tự như các đối tác nhân chuẩn của họ. Các trình tự giống như NLS xuất hiện trong nhiều nhóm Archaea, vì vậy các nhà nghiên cứu đã suy luận rằng tính năng này đã xuất hiện sớm trong lịch sử tiến hóa của khảo cổ học. (Tuy nhiên, ở Archaea, NLS có thể chủ yếu giúp các sinh vật dễ dàng xác định axit nucleic hơn, các khối xây dựng của DNA và RNA. Trong khi các NLS eukaryote cũng phục vụ chức năng này, chúng được biết đến nhiều hơn khi giúp protein vào nhân.)

Nhóm nghiên cứu tiếp tục kiểm tra xem các NLS có thể hoán đổi chức năng giữa các vương quốc của sự sống hay không, trao đổi một huy hiệu nhân chuẩn cho một vật lưu trữ. Bên dưới kính hiển vi ánh sáng, các NLS lưu trữ dường như hoạt động giống như các NLS nhân chuẩn và cấp cho các protein liên quan VIP của họ quyền truy cập vào nhân. Mặc dù chia sẻ các chức năng tương tự, các NLS trong sinh vật nhân chuẩn và Archaea có thể không liên quan đến tiến hóa, các chuyên gia nói.

Iyer, ví dụ, vẫn còn mơ hồ về việc tìm kiếm. NLS được tạo thành từ chỉ năm đến sáu khối xây dựng protein, được gọi là axit amin. Do chiều dài ngắn và cấu trúc hóa học đặc biệt của chúng, NLS có khả năng thống kê xuất hiện trong protein chỉ bằng cơ hội, Iyer nói với Live Science.

Nói cách khác, các chuỗi khảo cổ và sinh vật nhân chuẩn có thể đã xuất hiện độc lập và do đó sẽ không liên quan đến tiến hóa. Iyer nói rằng anh ta sẽ bị thuyết phục hơn nếu nghiên cứu sâu hơn phát hiện ra các NLS lưu trữ trong các protein bổ sung, những protein tương tự như các protein xâm nhập vào nhân trong sinh vật nhân chuẩn.

"Cuối cùng, điều này chỉ cho thấy những chuỗi này có khả năng đi trước hạt nhân", Buzz Baum, một nhà sinh học tế bào và tiến hóa tại Phòng thí nghiệm MRC về Sinh học tế bào phân tử ở Anh, nói với Live Science trong email. Archaea chia sẻ nhiều điểm tương đồng di truyền với sinh vật nhân chuẩn hiện đại vẫn thiếu nhân và bào quan, vì vậy thật khó để thấy những NLS này dẫn đến sự phát triển của hạt nhân như thế nào.