Důkaz Je v Bílkoviny: Test Podporuje Univerzální Společný Předek pro Všechny Život

Země je první forma života, plovoucí v pověstné pěnu z pravěkého moře, které nakonec vedly k stromy, včely a člověka, není jen populární Darwinova domýšlivost, ale i základní biologický předpoklad, že mnoho výzkumníků se spoléhat na jako součást základ jejich práce.
V 19. století, Charles Darwin šel za ostatními, kdo navrhl, že by mohl být společný předek pro všechny savce nebo zvířata, a navrhl, že by bylo pravděpodobné, že společný předek pro všechny život na této planetě—rostlinnou, živočišnou a bakteriální.
nová statistická analýza vezme tento předpoklad na lavičku a zjistí, že nejenže drží vodu, ale je skutečně ohromně zdravá.
nebylo již z objevu a dešifrování DNA zřejmé, že všechny formy života pocházejí z jediného společného organismu—nebo alespoň bazálního druhu? Ne, říká Douglas Theobald, odborný asistent biochemie Brandeis University a autor nové studie, podrobně popsané v čísle 13.května Nature. (Scientific American je součástí Nature Publishing Group.) Ve skutečnosti říká: “Když jsem do toho šel, opravdu jsem nevěděl, jaká bude odpověď.”
i Přes obtíže formálně testování, vývoj—zejména již celé věky na vznik života samotného—Theobald byl schopen běžet přísné statistické analýzy sekvencí aminokyselin v 23 univerzálně konzervované proteiny přes tři hlavní divize života (eukaryota, bakterie a archea). Zapojením těchto sekvencí do různých relačních a evoluční modely, zjistil, že univerzální společný předek je alespoň 10^2,860 více pravděpodobné, aby přinesly moderní-denní proteinové sekvence odchylky, než i druhý nejpravděpodobnější scénář (zahrnující více samostatných předků).*
“Evoluce dělá dobře, kde mohou být testovány,” říká David Penny, profesor teoretické biologie v Institutu Molekulární BioSciences na Massey University na Novém Zélandu a spoluautor doprovodný úvodník. Přesto poznamenává, že evoluce může v nejlepším případě zkomplikovat ” testovatelné předpovědi o minulosti (zejména kvantitativní)”. “Že Theobald mohl vymyslet formální test, “říká,” bylo vynikající…. Pravděpodobně to povede ke skoku v tom, co se očekává od formálního hodnocení hypotéz, a to by pomohlo všem.”
Společného předka zatrpklost
V polovině 20. století objevy o univerzálnosti DNA “opravdu přibitý pro lidi”, ve smyslu, kterým se v populární a akademické kultury, že tam byl jeden univerzální společný předek pro všechny známé život na Zemi, říká Theobald. A od té doby, “obecně se to předpokládá jako pravda,” poznamenává.
ale v posledních několika desetiletích se v některých kruzích objevily nové pochybnosti. Mikrobiologů získali lepší pochopení genetických chování jednoduché formy života, které mohou být mnohem více amorfní než typický vertikální přenos genů z jedné generace do další. Schopnost mikrobů, jako jsou bakterie a viry, vyměňovat si geny laterálně mezi jednotlivci – a dokonce i mezi druhy-mění některé základní strukturální chápání mapy evoluce. Při horizontálních přenosech genů se genetické podpisy mohou rychle pohybovat mezi větvemi a rychle přeměnit tradiční strom na zamotanou síť. Tato dynamika “vyvolává pochybnosti o tomto modelu stromu života,” říká Theobald. A ” jakmile na to vrhnete pochybnosti, tak to také vyvolává pochybnosti o společném původu.”
S objevem archaea jako třetí hlavní domény života—kromě bakterie a eukaryota—mnoho mikrobiologů se stal více pochybné jediného společného předka přes palubu.
test evoluce
jiní vědci testovali určité části života, včetně podobné statistické analýzy z roku 1982 Penny testováním vztahu několika druhů obratlovců. Theobald popisuje papír jako ” cool, ale problém je v tom, že netestují univerzální předky.”S pokroky v genetické analýze a statistické síle však Theobald viděl způsob, jak vytvořit komplexnější test pro celý život.
v průběhu svého výzkumu Theobald narážel na běžný, ale “téměř neřešitelný evoluční problém” v molekulární biologii. Mnoho makromolekul, jako jsou proteiny, mají podobné trojrozměrné struktury, ale velmi odlišné genetické sekvence. Otázka, která ho trápila, byla: Byly tyto podobné struktury příklady konvergentní evoluce nebo důkaz společného původu?
“všechny klasické důkazy o společném původu jsou kvalitativní a jsou založeny na sdílených podobnostech,” říká Theobald. Chtěl zjistit, zda zaměření na tyto podobnosti vede vědce na scestí.
opuštěné předpoklady
většina lidí a dokonce i vědců pracuje za předpokladu, že genetické podobnosti znamenají společný vztah nebo předchůdce. Ale stejně jako u podobností ve fyzickém vzhledu nebo struktuře lze tyto předpoklady “kritizovat”, poznamenává Theobald. Přirozený výběr má za předpokladu, četné příklady konvergentní fyzický vývoj, jako je chápavý příběhy z vačice a pavouk opice nebo dlouhý lepkavý hmyzu-jíst jazyky mravenečníci a pásovci. A s horizontálním přenosem genů navíc, podobné argumenty by mohly být učiněny pro genetické sekvence.
“opravdu jsem udělal krok zpět a snažil jsem se při této analýze předpokládat co nejméně,” říká Theobald. Provozoval různé statistické evoluční modely, včetně těch, které zohledňovaly horizontální přenos genů, a dalších, které ne. A modely, které představovaly horizontální přenos genů, nakonec poskytly nejvíce statistickou podporu univerzálnímu společnému předkovi.
kalný původ
Theobald říká, že jeho nejpřekvapivějšími výsledky byly ” jak silně podporují společný původ.”Spíše než být zklamán z pouhého zálohování dlouhodobého předpokladu, říká, že alespoň:” je vždy příjemné vědět, že jsme na správné cestě.”
tato zjištění neznamenají, že univerzální společný předek vytváří vzorec “stromu života” pro časnou evoluční dynamiku. Ani však nevyvodí strukturu” sítě života”. Debata strom versus web zůstává “právě teď v evoluční biologii velmi kontroverzní,” říká Theobald, zdráhá se vybrat stranu sám.
Jeden z dalších velkých neznámých zbývající je jen, když to univerzální společný předek žil a co to mohlo vypadat, jako—otázka, která bude trvat více než Theobald statistické modely odpovědět. Theobald také poznamenává, že podpora univerzálního společného předka nevylučuje myšlenku, že život se objevil Samostatně více než jednou. Pokud se objeví jiné, zcela odlišné linie, nicméně, buď vyhynuli, nebo zůstali dosud neobjeveni.
výzkum bude pravděpodobně tlačit do těchto temných zákoutí rané evoluce, Penny poznamenává, že ” vědci nejsou nikdy spokojeni.”Očekává, že se vědci pokusí třídit ještě dříve, než DNA převzala, a posoudit počáteční fáze vývoje během dnů RNA.
na základnější úrovni, Penny říká, papír by neměl ukončit hodnocení předpokladů předků. Místo toho by to mělo být připomínkou, že “nikdy jsme nepřemýšleli o všech možných hypotézách,” říká. “Takže bychom nikdy neměli přestat zvažovat nějaký nový přístup, o kterém jsme dosud nepřemýšleli.”
* Erratum (5/13/10) : tato věta byla po zveřejnění změněna. Původně uvádělo, že univerzální společný předek je více než 10krát pravděpodobnější.