Ανακαλύφθηκαν γονίδια αρχαιότερα από τον κοινό μας πρόγονο

Η βιολογική έρευνα είχε θέσει ως ορόσημο τον LUCA (Last Universal Common Ancestor) εδώ και πολλές δεκαετίες. Ο Τελευταίος Παγκόσμιος Κοινός Πρόγονος θεωρούνταν το σημείο μηδέν για τη σύγχρονη βιοποικιλότητα, ο οργανισμός από τον οποίο προέκυψαν όλα τα βακτήρια, τα αρχαία και τελικά οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Ωστόσο, νέα επιστημονικά δεδομένα έρχονται να μετατοπίσουν αυτό το χρονικό όριο, αποδεικνύοντας ότι η ιστορία της ζωής διαθέτει κεφάλαια που γράφτηκαν πριν καν υπάρξει ο LUCA.

Σύμφωνα με πρόσφατη δημοσίευση στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Cell Genomics, ερευνητές κατάφεραν να ταυτοποιήσουν γονίδια τα οποία είναι χρονολογικά παλαιότερα από τον ίδιο τον κοινό πρόγονο όλων των ζωντανών οργανισμών. Η ανακάλυψη αυτή δεν αλλάζει απλώς το χρονοδιάγραμμα της εξέλιξης, αλλά προσφέρει μια σπάνια ματιά στους μηχανισμούς που οδήγησαν στη δημιουργία της ζωής όπως την αντιλαμβανόμαστε σήμερα.

Το «τυφλό σημείο» της εξέλιξης

Μέχρι πρότινος, η επιστημονική κοινότητα αντιμετώπιζε ένα σημαντικό εμπόδιο: το «γεγονός ορίζοντα» του LUCA. Οποιαδήποτε μορφή ζωής υπήρχε πριν από αυτόν τον μικροοργανισμό είχε χαθεί στη λήθη, καθώς δεν άφησε άμεσους απογόνους που να επιβιώνουν μέχρι τις μέρες μας, παρά μόνο μέσω της κληρονομιάς που πέρασε στον LUCA.

Η νέα μελέτη, ωστόσο, αξιοποίησε προηγμένα υπολογιστικά μοντέλα και φυλογενετικές αναλύσεις για να εντοπίσει τα λεγόμενα «παράλογα» γονίδια. Πρόκειται για γονίδια που προέκυψαν από διπλασιασμό προγονικών αλληλουχιών DNA πριν τον διαχωρισμό των ειδών. Ενώ τα ορθόλογα γονίδια διαχωρίζονται όταν ένα είδος σπάει σε δύο, τα παράλογα δημιουργούνται μέσα στον ίδιο οργανισμό, προσφέροντας υλικό για νέες λειτουργίες.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι πολλοί από αυτούς τους διπλασιασμούς συνέβησαν σε μια προγονική γενεαλογική γραμμή που προηγήθηκε του LUCA. Αυτό σημαίνει ότι ο ίδιος ο LUCA ήταν ήδη ένας πολύπλοκος οργανισμός, «κληρονόμος» μιας μακράς εξελικτικής διαδικασίας και όχι μια απλή, πρωτόγονη αρχή.

Η πολυπλοκότητα προϋπήρχε

Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι τα θεμελιώδη συστήματα της ζωής, όπως ο μεταβολισμός και η αντιγραφή του γενετικού υλικού, είχαν ήδη αρχίσει να εξελίσσονται και να διαφοροποιούνται σε αυτό το προ-LUCA στάδιο. Το γεγονός αυτό καταρρίπτει την απλουστευμένη αντίληψη ότι η πολυπλοκότητα εμφανίστηκε ξαφνικά. Αντιθέτως, φαίνεται πως υπήρχε μια δυναμική περίοδος πειραματισμού της φύσης, όπου διάφορα μοριακά εργαλεία αναπτύχθηκαν και τελειοποιήθηκαν πριν κλειδώσουν στο γονιδίωμα του κοινού μας προγόνου.

Συγκεκριμένα, η ανάλυση έδειξε ότι ένζυμα κρίσιμα για τη ζωή είχαν ήδη υποστεί εξειδίκευση. Αυτό υποδηλώνει ότι το περιβάλλον της πρώιμης Γης φιλοξενούσε έναν «μοριακό ζωολογικό κήπο» με ποικιλία γενετικών στοιχείων, εκ των οποίων μόνο ένα μικρό μέρος κατάφερε να περάσει το φίλτρο της φυσικής επιλογής και να αποτελέσει τη βάση για τη σύγχρονη βιοσφαίρα.

Νέα δεδομένα για την Αστροβιολογία

Η σημασία της ανακάλυψης επεκτείνεται πέρα από τα όρια της Γης. Η επιβεβαίωση ότι η γενετική πολυπλοκότητα μπορεί να αναπτυχθεί σχετικά γρήγορα σε προ-κυτταρικά ή πρωτο-κυτταρικά στάδια ενισχύει τις πιθανότητες εντοπισμού ζωής και σε άλλους πλανήτες.

Αν η ζωή στη Γη δεν χρειάστηκε δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στο επίπεδο πολυπλοκότητας του LUCA, αλλά βρήκε τον δρόμο της μέσα από ταχείς προσαρμοστικούς μηχανισμούς διπλασιασμού γονιδίων, τότε αντίστοιχες διαδικασίες θα μπορούσαν να έχουν συμβεί στον Άρη ή σε δορυφόρους όπως η Ευρώπη και ο Εγκέλαδος. Η μελέτη ουσιαστικά ανοίγει ένα παράθυρο στον χρόνο, επιτρέποντας στους αστροβιολόγους να κατανοήσουν ποια είναι τα ελάχιστα απαιτούμενα συστατικά για να μεταβεί η ύλη από την αδράνεια στη βιολογική δραστηριότητα.

Ο ρόλος της Τεχνητής Νοημοσύνης στην έρευνα

Αξίζει να σημειωθεί ότι τέτοιου είδους ανακαλύψεις καθίστανται εφικτές χάρη στη ραγδαία εξέλιξη της βιοπληροφορικής. Η ικανότητα των αλγορίθμων να ανασυνθέτουν γενετικά δέντρα δισεκατομμυρίων ετών, ξεχωρίζοντας το «θόρυβο» από το πραγματικό σήμα, μεταμορφώνει την εξελικτική βιολογία. Οι επιστήμονες δεν χρειάζεται πλέον να βασίζονται μόνο σε απολιθώματα – τα οποία άλλωστε δεν υπάρχουν για εκείνη την περίοδο – αλλά μπορούν να διαβάσουν τα «απολιθώματα» που κρύβονται μέσα στο ίδιο μας το DNA.

Ο LUCA δεν είναι πια η αρχή του παντός, αλλά μάλλον ένας επιζών. Ένας τυχερός, ανθεκτικός οργανισμός που αναδύθηκε μέσα από έναν άγνωστο, πλούσιο κόσμο γενετικών πειραματισμών. Τα γονίδια που κουβαλάμε σήμερα στα κύτταρά μας είναι αρχαία κειμήλια, μάρτυρες μιας εποχής που η ζωή προσπαθούσε ακόμα να βρει τον βηματισμό της. Και όπως αποδεικνύεται, ο βηματισμός αυτός βρέθηκε πολύ νωρίτερα από όσο τολμούσαμε να υποθέσουμε.

Η έρευνα συνεχίζεται, με στόχο πλέον να χαρτογραφηθούν ακριβώς οι λειτουργίες αυτών των αρχέγονων γονιδίων, δίνοντάς μας ίσως το κλειδί για την αναδημιουργία συνθετικής ζωής στο εργαστήριο ή την καλύτερη κατανόηση των μοριακών μας ριζών.