todiste on proteiineissa: testi tukee universaalia yhteistä esi-isää kaikelle elämälle

maan ensimmäinen elämänmuoto, joka kelluu alkukantaisten merien vaahtoamassa, joka lopulta synnytti puita, mehiläisiä ja ihmisiä, ei ole vain suosittu Darwinilainen omahyväisyys vaan myös olennainen biologinen lähtökohta, johon monet tutkijat luottavat osana työnsä perustaa.
1800—luvulla Charles Darwin meni muita pidemmälle, kun hän oli ehdottanut, että kaikille nisäkkäille tai eläimille voisi olla yhteinen esi-isä, ja esittänyt, että kaikelle maapallon elämälle-kasveille, eläimille ja bakteereille-olisi todennäköisesti yhteinen esi-isä.
Uusi tilastollinen analyysi vie tämän olettamuksen penkille ja toteaa, että se ei ainoastaan pidä vettä, vaan On todellakin ylivoimaisen hyvä.
eikö DNA: n löytämisen ja selvittämisen perusteella ollut jo selvää, että kaikki elämänmuodot polveutuvat yhdestä yhteisestä eliöstä—tai ainakin pohjaeläimestä? Ei, sanoo Douglas Theobald, Brandeisin yliopiston biokemian apulaisprofessori ja uuden tutkimuksen tekijä, josta kerrotaan yksityiskohtaisesti Nature-lehdessä 13.toukokuuta. (Scientific American on osa Nature Publishing Groupia.) Itse asiassa, hän sanoo, ” Kun menin siihen, en todellakaan tiennyt, mikä vastaus olisi.”
huolimatta siitä, että evoluution muodollinen testaaminen oli vaikeaa—erityisesti eonien ajalta aina itse elämän syntymiseen asti—Theobald kykeni tekemään tarkkoja tilastollisia analyyseja aminohapposekvensseistä 23: ssa universaalisti säilyneessä proteiinissa elämän kolmen pääjakautuman (eukaryootit, bakteerit ja arkaiat) alueella. Liittämällä nämä sekvenssit erilaisiin relaatio-ja evolutionaarisiin malleihin hän havaitsi, että universaalinen yhteinen esi-isä on ainakin 10^2.860 todennäköisemmin tuottanut nykyajan proteiinisekvenssivarianssit kuin edes seuraavaksi todennäköisin skenaario (johon liittyy useita erillisiä esi-isiä).*
” evoluutio pärjää hyvin siellä, missä sitä voidaan testata”, sanoo David Penny, teoreettisen biologian professori Masseyn yliopiston Molekyylibiotieteiden instituutissa Uudessa-Seelannissa ja mukana olevan pääkirjoituksen tekijä. Hän kuitenkin huomauttaa, että evoluutio voi parhaimmillaan tehdä “koeteltavista ennustuksista menneitä (varsinkin määrällisistä)” hankalia. “Se, että Theobald pystyi suunnittelemaan muodollisen kokeen, oli erinomaista”, hän sanoo…. Se johtaisi todennäköisesti hypähdykseen siinä, mitä olettamusten muodolliselta arvioinnilta odotetaan, ja se auttaisi kaikkia.”
yhteinen esi-isien akrimonia
1900—luvun puolivälin löydöt DNA: n universaalisuudesta “todella naulitsivat sen ihmisille” todetessaan populaarikulttuurissa—ja akateemisessa-kulttuurissa, että kaikelle tunnetulle elämälle maapallolla oli yksi universaali yhteinen esi-isä, Theobald sanoo. Ja sen jälkeen “sitä on laajalti oletettu todeksi”, hän toteaa.
mutta parin viime vuosikymmenen aikana joissakin piireissä on herännyt uusia epäilyjä. Mikrobiologit ovat saaneet paremman käsityksen yksinkertaisten elämänmuotojen geneettisestä käyttäytymisestä, joka voi olla paljon amorfisempaa kuin tyypillinen, vertikaalinen geenien siirto sukupolvelta toiselle. Mikrobien, kuten bakteerien ja virusten, kyky vaihtaa geenejä sivusuunnassa yksilöiden—ja jopa lajien kesken—muuttaa jonkin verran evoluutiokartan rakenteellista perusymmärrystä. Horisontaalisilla geeninsiirroilla geneettiset allekirjoitukset voivat liikkua nopeasti haarojen välillä, jolloin perinteinen puu muuttuu nopeasti takkuiseksi verkoksi. Tämä dynamiikka “heittää epäilyksen tähän elämän puun malliin”, Theobald sanoo. Ja ” kun heittää epäilyksen, että, se tavallaan heittää epäilyksen yhteinen syntyperä samoin.”
arkaaian löydyttyä kolmanneksi tärkeimmäksi elämänalueeksi—bakteerien ja eukaryoottien lisäksi—monet mikrobiologit alkoivat epäillä entistä enemmän yhtä yhteistä esi-isää kautta linjan.
evoluutiotesti
muut tutkijat olivat laittaneet tietyt elämän osat koetukselle, muun muassa samanlaisen vuoden 1982 tilastollisen analyysin, jossa Penny testasi useiden selkärankaisten lajien sukulaisuussuhteita. Theobald kuvailee lehteä ” cooliksi, mutta ongelma Siellä on, että he eivät testaa universaalia syntyperää.”Geneettisen analyysin ja tilastollisen voiman edistyessä Theobald näki kuitenkin keinon luoda kattavampi testi kaikelle elämälle.
tutkimuksensa aikana Theobald oli törmännyt molekyylibiologiassa yleiseen, mutta “lähes vaikeakulkuiseen evoluutioon liittyvään ongelmaan”. Monilla makromolekyyleillä, kuten proteiineilla, on samanlaisia kolmiulotteisia rakenteita, mutta valtavasti erilaisia geneettisiä sekvenssejä. Häntä vaivannut kysymys oli: Olivatko nämä samankaltaiset rakenteet esimerkkejä konvergentista evoluutiosta tai todisteita yhteisestä esi-isästä?
“kaikki klassiset todisteet yhteisestä syntyperästä ovat laadullisia ja perustuvat yhteisiin yhtäläisyyksiin”, Theobald sanoo. Hän halusi selvittää, oliko noihin yhtäläisyyksiin keskittyminen johtavia tutkijoita harhaan.
hylätyt oletukset
useimmat ihmiset ja jopa tiedemiehet toimivat sillä oletuksella, että geneettiset samankaltaisuudet viittaavat yhteiseen sukulaisuuteen tai esi-isään. Mutta kuten fyysisessä ulkonäössä tai rakenteessa olevia yhtäläisyyksiä, myös näitä oletuksia “voidaan kritisoida”, Theobald toteaa. Luonnonvalinta on antanut lukuisia esimerkkejä konvergentista fyysisestä evoluutiosta, kuten opossumien ja hämähäkkiapinoiden esihensiiliset tarinat tai muurahaiskarhujen ja vyötiäisten pitkät tahmeat hyönteissyöjäkielet. Ja kun horisontaalinen geeninsiirto päälle, samanlaisia argumentteja voitaisiin esittää geneettisille sekvensseille.
“otin todella askeleen taaksepäin ja yritin olettaa tätä analyysiä tehdessäni niin vähän kuin mahdollista”, Theobald sanoo. Hän ajoi erilaisia tilastollisia evolutiivisia malleja, muun muassa sellaisia, jotka ottivat horisontaalisen geeninsiirron huomioon ja muita, jotka eivät. Ja mallit, jotka selittivät horisontaalisen geeninsiirron, tarjosivat eniten tilastollista tukea universaalille yhteiselle esi-isälle.
Hämärä alkuperä
Theobald sanoo yllättävimpien tuloksiensa olleen “kuinka vahvasti ne tukevat yhteistä syntyperää.”Sen sijaan, että hän pettyisi vain pitkään jatkuneen oletuksen tukemiseen, hän sanoo, että ainakin” on aina mukava tietää, että olemme oikealla tiellä.”
nämä havainnot eivät tarkoita, että universaalinen yhteinen esi-isä vakiinnuttaisi “elämän puun” mallin varhaiselle evolutionaariselle dynamiikalle. He eivät kuitenkaan myöskään päättele “elämän verkon” rakennetta. Puu vastaan verkko-keskustelu on edelleen “hyvin kiistanalainen juuri nyt evoluutiobiologiassa”, Theobald sanoo, haluton itse valitsemaan puolta.
yksi jäljellä olevista suurista tuntemattomista on juuri se, milloin tämä universaali yhteinen esi-isä eli ja miltä se olisi voinut näyttää—kysymys, johon vastaamiseen tarvitaan enemmän kuin Theobaldin tilastolliset mallit. Theobald huomauttaa myös, että universaalin yhteisen esi-isän tukeminen ei sulje pois ajatusta siitä, että elämä syntyi itsenäisesti useammin kuin kerran. Jos kuitenkin ilmaantui muita, täysin erillisiä sukuhaaroja, ne joko kuolivat sukupuuttoon tai ovat vielä löytämättä.
tutkimus todennäköisesti työntyy näihin varhaisen evoluution hämäriin nurkkiin, Penny toteaa, koska ” tiedemiehet eivät ole koskaan tyytyväisiä.”Hän odottaa, että tutkijat yrittävät lajitella vielä aikaisemmin, ennen DNA: n valtausta, ja arvioida evoluution alkuvaiheita RNA-päivien aikana.
perustasolla Pennyn mukaan lehden ei pitäisi lopettaa esioletusten arviointia. Sen sijaan sen pitäisi olla muistutus siitä, että” emme ole koskaan ajatelleet kaikkia mahdollisia hypoteeseja”, hän sanoo. “Joten meidän pitäisi koskaan lakata harkitsemasta jotain uutta lähestymistapaa, jota emme ole vielä ajatelleet.”
*Erratum (5/13/10): tämä lause muutettiin julkaisun jälkeen. Alun perin sanottiin, että yleinen yhteinen esi-isä on yli 10 kertaa todennäköisempi.