O cronologie dezvăluită pentru unul dintre cele mai importante și mai ciudate evenimente din evoluția vieții

Cronologia evoluției eucariote timpurii a dezvăluit achiziția mitocondrială într-un scenariu de complexitate în creștere. Credit: Universitatea Utrecht, IRB Barcelona

  • Analizând duplicarea a mii de gene, cercetătorii au reconstituit evenimentele evolutive care au condus la crearea celulelor eucariote, precursorii aproape fiecărei vieți pe care o puteți vedea cu ochiul liber.
  • Cronologia evolutivă de la celule bacteriene simple la celule complexe eucariote a decurs diferit decât se credea anterior.
  • Studiul, o colaborare între laboratorul de genomică comparativă de la IRB Barcelona și Universitatea Utrecht, a fost publicat în Ecologie și evoluție a naturii.

Unul dintre cele mai importante și șocante evenimente din evoluția vieții a fost originea primelor celule eucariote complexe. Practic, toate formele de viață pe care le putem găsi cu ochiul liber, cum ar fi algele, plantele, animalele și ciupercile, conțin celule complexe numite „eucariote”. Un studiu colaborativ între grupurile Toni Gabaldón, un cercetător ICREA la Institutul de Cercetare în Biomedicină (IRB Barcelona) și Centrul de Supercomputing din Barcelona (BSC-CNS), și Berend Snel de la Universitatea din Utrecht, au concluzionat că prima celulă care încorporează mitocondriile (considerat un pas cheie pentru creșterea complexității celulelor eucariote) a introdus deja o complexitate asemănătoare eucariotei în structură și funcții. Acest scenariu este o punte între semnalele de complexitate observate în unele genome arheologice și rolul propus al mitocondriilor în declanșarea eucariogenezei.

„Achiziția mitocondriilor a fost considerată fie un prim pas esențial, fie un pas final în dezvoltarea complexității celulelor eucariote”, explică Gabaldón, „descoperirile noastre arată că este într-adevăr un eveniment esențial, dar s-a întâmplat într-un scenariu complex. celulele au crescut deja. ”

Complexitatea ca introducere la diversitatea vieții

Aproximativ pentru prima jumătate a istoriei vieții pe Pământ, singurele forme de viață erau celulele relativ simple ale bacteriilor. „Celulele eucariote sunt mai mari, conțin mai multe ADN și conțin secțiuni, fiecare cu sarcina sa ”, a explicat primul autor Julian Vosseberg. “În acest sens, ai putea compara celulele bacteriene cu un cort, în timp ce celulele eucariote seamănă mai mult cu case cu mai multe camere.”

Cum și când organismele au schimbat cortul pentru o casă rămâne un mister, deoarece nu există forme intermediare. Un moment important al evoluției a fost originea mitocondriilor, o componentă a celulelor eucariote care acționează ca „centrale electrice”. Mitocondriile au fost odată bacterii libere, dar în timpul evoluției, au fost absorbite de strămoșii celulelor eucariote de astăzi. Deoarece duplicarea genelor a condus probabil la creșterea complexității celulare, cercetătorii au încercat să reconstruiască evenimentele evolutive pe baza acestor modificări genetice.

Bioinformatică pentru reconstrucția căii evolutive

„Putem folosi ADN-ul speciilor contemporane pentru a recrea evenimente evolutive. Genele noastre s-au format peste eonii evoluției. S-au schimbat dramatic de-a lungul timpului, dar captează totuși ecourile unui trecut îndepărtat. Vosseberg a adăugat: „Avem o cantitate uriașă de material genetic disponibil, dintr-o varietate de organisme, și putem folosi computerele pentru a reproduce evoluția a mii de gene, inclusiv duplicarea genelor antice. Aceste reconstrucții ne-au permis să dezvăluim momentul etapelor intermediare importante. “

Autorul corespondent Berend Snel, de la Universitatea Utrecht, spune: „Oamenii de știință nu au avut o cronologie a acestor evenimente. Dar acum am reușit să reconstruim o cronologie aproximativă. „Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au adaptat o metodă existentă dezvoltată la laboratorul Gabaldon pentru a crea un nou protocol, care a dat noi perspective. Acestea indică faptul că multe mecanisme celulare complexe au evoluat chiar înainte de simbioza cu mitocondriile, inclusiv dezvoltarea transportului celular și al citoscheletului. „Simbioza nu a fost un catalizator pentru orice altceva. Am observat un vârf al duplicării genelor mult mai devreme în timp, observând că complexitatea celulară a crescut deja înainte de acel moment ”, spune Snel.

“Studiul nostru sugerează că antica gazdă care a dobândit endosimbiontul mitocondrial a dezvoltat deja o oarecare complexitate în ceea ce privește traficul de citoschelet dinamic și membrană”, spune Gabaldón, “acest lucru ar fi putut favoriza stabilirea de legături simbiotice cu alte microorganisme, inclusiv ascendență mitocondrială, care în cele din urmă a devenit integrată. ”

Referință: „Momentul originii complexității celulare eucariote cu duplicare antică” de Julian Vosseberg, Jolien JE van Hooff, Marina Marcet-Houben, Anne van Vlimmeren, Leny M. van Wijk, Toni Gabaldón și Berend Snel, 26 octombrie 2020, Ecologie și evoluție a naturii.
DOI: 10.1038 / s41559-020-01320-z

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.