a bizonyíték a fehérjékben van: a teszt Támogatja az egyetemes közös őst minden élet számára

a Föld első életformája, amely az őstenger közmondásos habjában lebeg, amely végül fákat, méheket és embereket eredményezett, nem csak népszerű darwini önteltség, hanem alapvető biológiai előfeltevés is, amelyre sok kutató támaszkodik munkájuk alapjaként.
a 19.században Charles Darwin túllépett másokon, aki azt javasolta, hogy minden emlősnek vagy állatnak közös őse lehet, és azt javasolta, hogy valószínűleg a bolygó minden életének közös őse legyen—növényi, állati és bakteriális.
egy új statisztikai elemzés ezt a feltételezést a padra veszi, és megállapítja, hogy nemcsak vizet tart, hanem valóban túlnyomórészt megalapozott.
nem volt—e már nyilvánvaló a DNS felfedezéséből és megfejtéséből, hogy minden életforma egyetlen közös organizmusból származik-vagy legalábbis egy bazális fajból? Nem, mondja Douglas Theobald, a Brandeis Egyetem biokémiai adjunktusa, az új tanulmány szerzője, amelyet a Nature május 13-i számában részleteztek. (A Scientific American A Nature Publishing Group tagja.) Valójában azt mondja: “amikor belementem, tényleg nem tudtam, mi lesz a válasz.”
az evolúció formális tesztelésének nehézségei ellenére—különösen az eónokon át egészen az élet megjelenéséig-Theobald szigorú statisztikai elemzéseket tudott végezni 23, univerzálisan konzervált fehérje aminosav-szekvenciáján az élet három fő osztályán (eukarióták, baktériumok és archeák). Azáltal, hogy ezeket a szekvenciákat különféle relációs és evolúciós modellekbe csatlakoztatta, megállapította, hogy egy univerzális közös ős legalább 10^2860 nagyobb valószínűséggel hozta létre a mai fehérje szekvencia varianciákat, mint akár a következő legvalószínűbb forgatókönyv (több különálló ős bevonásával).
“az evolúció jól működik ott, ahol tesztelni lehet”-mondja David Penny, az új-zélandi Massey Egyetem Molekuláris Biotudományi Intézetének Elméleti Biológiai professzora, egy kísérő vezércikk társszerzője. Mégis megjegyzi, hogy az evolúció “tesztelhető előrejelzéseket tehet a múltról (különösen a mennyiségi előrejelzésekről)” a legjobb esetben is trükkös. “Az, hogy Theobald kidolgozhatott egy hivatalos tesztet-mondja -, kiváló volt…. Ez valószínűleg a hipotézisek formális értékelésétől elvárt ugráshoz vezet, ami mindenkinek segítene.”
közös ős keserűség
a 20.század közepén a DNS egyetemességével kapcsolatos felfedezések “valóban szögezték az emberek számára” annak megállapítása szempontjából, hogy a népszerű-és tudományos-kultúrában egyetlen egyetemes közös ős létezik a Föld minden ismert életében, mondja Theobald. Azóta “széles körben feltételezik, hogy igaz” – jegyzi meg.
de az elmúlt néhány évtizedben néhány körben új kétségek merültek fel. A mikrobiológusok jobban megértették az egyszerű életformák genetikai viselkedését, amely sokkal amorfabb lehet, mint a gének tipikus, vertikális átadása egyik generációról a másikra. A mikrobák, például a baktériumok és vírusok azon képessége, hogy oldalirányban cseréljenek géneket az egyének között—sőt a fajok között is—megváltoztatja az evolúció térképének néhány alapvető szerkezeti megértését. A vízszintes géntranszferekkel a genetikai aláírások gyorsan mozoghatnak az ágak között, gyorsan egy hagyományos fát kusza hálóvá alakítva. Ez a dinamika “kétségbe vonja az életfa modelljét” – mondja Theobald. És ” ha egyszer kételkedsz ebben, az egyfajta kétséget vet fel a közös ősök iránt is.”
az archeák, mint az élet harmadik fő területe felfedezésével—a baktériumok és az eukarióták mellett—sok mikrobiológus egyre kétségesebbé vált egyetlen közös ősről.
az evolúció tesztje
más kutatók az élet bizonyos szakaszait tesztelték, köztük egy hasonló, 1982-es statisztikai elemzést Penny, amely több gerinces faj kapcsolatát tesztelte. Theobald a cikket “menőnek” írja le, de az a probléma, hogy nem tesztelik az egyetemes ősöket.”A genetikai elemzés és a statisztikai hatalom fejlődésével azonban Theobald módot látott egy átfogóbb teszt létrehozására az egész életre vonatkozóan.
kutatása során Theobald egy közös, de “szinte megoldhatatlan evolúciós problémával” ütközött a molekuláris biológiában. Sok makromolekula, például a fehérjék, hasonló háromdimenziós szerkezettel rendelkeznek, de nagyon eltérő genetikai szekvenciákkal rendelkeznek. A kérdés, hogy sújtja őt volt: Ezek a hasonló struktúrák példák voltak a konvergens evolúcióra vagy a közös ősök bizonyítékaira?
“a közös ősök minden klasszikus bizonyítéka minőségi és közös hasonlóságokon alapul” – mondja Theobald. Ki akarta deríteni, hogy a hasonlóságokra való összpontosítás tévútra vezette-e a tudósokat.
elhagyott feltételezések
a legtöbb ember, sőt a tudósok is azon a feltevésen alapulnak, hogy a genetikai hasonlóságok közös rokont vagy őst jelentenek. De a fizikai megjelenés vagy szerkezet hasonlóságaihoz hasonlóan ezek a feltételezések “kritizálhatók” – jegyzi meg Theobald. A természetes szelekció számos példát szolgáltatott a konvergens fizikai evolúcióra, mint például az oposszumokról és a pókmajmokról szóló előzetes mesék, vagy a hangyászok és armadillók hosszú ragadós rovarevő nyelvei. Ráadásul a horizontális géntranszfer mellett hasonló érveket lehetne felhozni a genetikai szekvenciákkal kapcsolatban is.
“valóban visszaléptem, és megpróbáltam a lehető legkevesebbet feltételezni az elemzés során” – mondja Theobald. Különböző statisztikai evolúciós modelleket vezetett, köztük olyanokat, amelyek figyelembe vették a horizontális génátvitelt, másokat pedig nem. A horizontális géntranszfert elszámoló modellek pedig végül a legtöbb statisztikai támogatást nyújtották egy univerzális közös ős számára.
Murky origins
Theobald szerint a legmeglepőbb eredményei Az voltak, hogy “mennyire támogatják a közös ősöket.”Ahelyett, hogy csalódott lenne egy régóta fennálló feltételezés alátámasztása miatt, azt mondja, hogy legalább “mindig jó tudni, hogy jó úton járunk.”
ezek a megállapítások nem azt jelentik, hogy egy univerzális közös ős létrehozza az “életfa” mintát a korai evolúciós dinamikához. Nem, azonban, nem következtetnek az “élet hálójának” struktúrájára. A fa kontra web vita továbbra is “nagyon ellentmondásos az evolúciós biológiában, – mondja Theobald, vonakodik maga választani.
a többi nagy ismeretlen egyike éppen az, hogy mikor élt ez az egyetemes közös ős, és hogyan nézhetett ki—egy olyan kérdés, amelyre Theobald statisztikai modelljeinél többet kell megválaszolni. Theobald azt is megjegyzi, hogy az egyetemes közös ősök támogatása nem zárja ki azt az elképzelést, hogy az élet többször is önállóan alakult ki. Ha más, teljesen különálló vonalak jelentek meg, azonban, vagy kihaltak, vagy még nem fedezték fel őket.
a kutatás valószínűleg a korai evolúció ezen sötét sarkaiba fog lépni, Penny megjegyzi, mivel ” a tudósok soha nem elégedettek.”Arra számít, hogy a kutatók még korábban is megpróbálnak majd visszarendeződni, mielőtt a DNS átvette az irányítást, és felmérik az evolúció korai szakaszát az RNS napjaiban.
Penny szerint alaposabb szinten a cikknek nem szabad véget vetnie az ősi feltételezések értékelésének. Ehelyett emlékeztetőnek kell lennie arra, hogy” soha nem gondoltunk minden lehetséges hipotézisre ” – mondja. “Tehát soha nem szabad abbahagynunk egy olyan új megközelítés megfontolását, amelyre még nem gondoltunk.”
* Erratum (5/13/10): ez a mondat a közzététel után megváltozott. Eredetileg kijelentette, hogy egy univerzális közös ős több mint 10-szer valószínűbb.