DNA skrýva tajomstvá staré miliardy rokov

Dedičný základ dnešných organizmov obsahuje dôkazy dávnej radikálnej zmeny prostredia a prudkej expanzie genetickej rozmanitosti. V časopise Nature to zatiaľ online oznámili Lawrence David a Eric Alm z Massachusettského technologického inštitútu v Cambridge.

K novému výskumu ich motivovala dobre známa skutočnosť zistená podľa fosílií. Pred asi 580 miliónmi rokov sa život na Zemi začal z geologického hľadiska rýchlo meniť. Napokon to vyústilo do tzv. kambrijskej explózie. Datuje sa rôzne, najčastejšie uvádzaná je doba pred asi 530 miliónmi rokov, no samozrejme prebiehala predtým aj potom. Jej význam spočíva v tom, že práve vtedy sa na Zemi rozrôznili mnohobunkové organizmy a na evolučnú scénu vstúpili prakticky všetky kmene, najvyššie základné jednotky biologickej klasifikácia pod ríšou. My ľudia tvoríme spolu so všetkými ostatnými stavovcami iba podkmeň kmeňa chordát. Kmeňov je podľa rôznych kritérií ich definície momentálne známych čosi vyše 100. (Občas sa pod ríšou ešte používa jednotka nadkmeň.)

Lenže pred kambrijskou explóziou sú fosílie veľmi vzácne – jednak kvôli pravdepodobnému faktu, že väčšina mnohobunkovcov mala v tom čase mäkké telo, ktoré sa zachováva oveľa horšie ako tuhá kostra, jednak kvôli sérii ľadových dôb, ktoré fosílie "prevalcovali". Pritom existujú seriózne náznaky, že život sa na Zemi – pravdaže, na začiatku všetok a neskôr prakticky všetok jednobunkový – vyskytuje už azda vyše 3,5 miliardy rokov. Lawrence David a Eric Alm zvolili alternatívny prístup. Keďže genóm, základné genetické vybavenie každého organizmu (prevažne DNA, niekedy – pri vírusoch – RNA) je v zásade akási stavebnica, obsahujúca evolučne veľmi staré prvky (čo sa raz osvedčilo pre ten-ktorý účel, či dokonca pre iný účel, preberajú aj ďalšie evolučné vetvy predmetných organizmov), po dávnych prevratoch v histórii života na Zemi možno pátrať aj v DNA.

Spomenutá bádateľská dvojica výpočtových biológov zvolila genómy 100 dnešných organizmov a usilovala sa vysledovať vznik tisícok génov. Použili vlastný nový model vzniku, dedenia, prenosu (medzi rôznymi druhmi organizmov) a straty génov. Z takto odvodených genomických "fosílií" im vyšlo, že pred 3,33 až 2,85 miliardami rokov mohutne expandoval kolektívny genóm všetkého života. V tomto časovom rozpätí vzniklo plných 27 percent všetkých dnešných rodín génov. Lawrence David a Eric Alm to nazvali archeánska expanzia. (Archaikum je veľké obdobie geologických dejín Zeme, ktoré preklenulo doby pred 3,8-2,5 miliardami rokov.)

Najprv si mysleli, že to súviselo s hromadením kyslíka v zemskej atmosfére, lebo veľa takto starých génov sa týkalo metabolizmu kyslíka. Tento jav musel vyhladiť množstvo životných foriem, pre ktoré bol kyslík jed. "Veľký oxidačný jav bol pravdepodobne najkatastrofickejší v histórii bunkového života, no nemáme po ňom nijaké priame biologické stopy," povedal Eric Alm. Potom však zistili, že väčšina takpovediac kyslíkových génov vznikla až na konci predmetného obdobia pred zhruba 2,85 miliardami rokov. To aj lepšie ladí s geochemickým datovaním Veľkého oxidačného javu (pred asi 2,5 miliardami rokov).

Preto sa domnievajú, že predmetné obdobie zachytáva zrod a zdokonaľovanie elektrónového prenosu v bunkových membránach, ktorý slúži nielen na dýchanie kyslíka, no aj v rámci fotosyntézy. Táto špecifická forma fotosyntézy, kyslíková, vyprodukovala vzdušný kyslík v pozadí Veľkého oxidačného javu, ktorý podporil rozvoj dýchania. "Na základe našich výsledkov nemôžeme povedať, že rozvoj elektrónového prenosu priamo spôsobil archeánsku expanziu. Môžeme však predpokladať, že prístup k oveľa väčšiemu takpovediac energetickému rozpočtu umožnil biosfére, aby sa v nej zrodili rozsiahlejšie a zložitejšie mikrobiálne ekosystémy," povedal Lawrence David. S kolegom plánuje preskúmať evolúciu mikrobiálnych genómov po archeánskej expanzii zmapovaním kovov a molekúl, ktoré súviseli s novo datovanými génmi. Prostriedkom je vývoj hojnosti týchto látok na zemskom povrchu. Popri pribúdaní génov, súvisiacich s kyslíkom, už zistili viacero génov enzýmov, ktoré súvisia s meďou a molybdénom. To zodpovedá predstavám geológov o pozadí biologickej evolúcie.

"Na týchto zisteniach je naozaj pozoruhodné to, že dokazujú existenciu záznamu histórie veľmi dávnych udalostí v spoločnej DNA dnešných organizmov. Teraz, keď už začíname chápať, ako túto históriu rozlúštiť, nádejam sa, že dokážeme podrobnejšie zrekonštruovať niektoré najskoršie udalosti v evolúcii života," uzavrel Eric Alm.

Zdroje: Nature advanced online publication z 19. 12. 2010, Komuniké Massachusetts Institute of Technology z 19. 12. 2010.

Autor článku: TASR

Dátum zverejnenia: