Beviset er I Proteinene: Test Støtter Universell Felles Forfader For Alt Liv

Jordens første livsform, flytende i det ordspråklige skummet av de opprinnelige havene som til slutt ga opphav til trær, bier og mennesker, er ikke bare En Populær Darwinistisk innbilskhet, men også en viktig biologisk premiss som mange forskere stoler på som en del av grunnlaget for deres arbeid.
I det 19. århundre, Charles Darwin gikk utover andre, som hadde foreslått at det kan være en felles stamfar for alle pattedyr eller dyr, og foreslo at det var sannsynlig en felles stamfar for alt liv på planeten—plante, dyr og bakteriell.
En ny statistisk analyse tar denne antagelsen til benken og finner at den ikke bare holder vann, men faktisk er overveldende lyd.
var DET ikke allerede åpenbart, fra oppdagelsen OG dechifreringen AV DNA, at alle livsformer stammer fra en enkelt felles organisme-eller i det minste en basal art? Nei, Sier Douglas Theobald, en assisterende professor I biokjemi Ved Brandeis University og forfatter av den nye studien, detaljert i 13.mai-utgaven Av Nature. (Scientific American er En Del Av Nature Publishing Group.) Faktisk sier han, ” Da jeg gikk inn i det, visste jeg egentlig ikke hva svaret ville være .”
Til tross for vanskelighetene med formelt å teste evolusjonen-spesielt tilbake over eonene til fremveksten av livet selv-Var Theobald i stand til å kjøre strenge statistiske analyser på aminosyresekvensene i 23 universelt konserverte proteiner over de tre store divisjonene av livet (eukaryoter, bakterier og arkea). Ved å koble disse sekvensene til ulike relasjonelle og evolusjonære modeller, fant han at en universell felles forfader er minst 10^2,860 mer sannsynlig å ha produsert dagens proteinsekvensavvik enn til og med det neste mest sannsynlige scenariet (involverer flere separate forfedre).*
“Evolusjonen gjør det bra der Den kan testes,” sier David Penny, professor i teoretisk biologi Ved Institutt For Molekylær Biovitenskap Ved Massey University I New Zealand og medforfatter av en tilhørende redaksjonell. Likevel bemerker han at evolusjonen kan gjøre” testbare spådommer om fortiden (spesielt kvantitative) ” vanskelig i beste fall. “At Theobald kunne utarbeide en formell test, “sier han,” var utmerket…. Det vil trolig føre til et hopp i det som forventes av den formelle evalueringen av hypoteser, og det vil hjelpe alle.”
Felles forfader acrimony
oppdagelsene i midten av det 20. århundre om universaliteten TIL DNA “virkelig spikret DET for folk” når Det gjelder å etablere i populær—og akademisk kultur at det var en enkelt universell felles forfader for alt kjent liv på Jorden, Sier Theobald. Og siden da, “det har vært allment antatt som sant,” bemerker han.
Men i de siste par tiårene har det oppstått ny tvil i noen kretser. Mikrobiologer har fått en bedre forståelse av genetisk oppførsel av enkle livsformer, som kan være mye mer amorfe enn den typiske vertikale overføringen av gener fra en generasjon til den neste. Evnen til mikrober som bakterier og virus til å utveksle gener lateralt blant individer—og til og med blant arter-endrer noe av den grunnleggende strukturelle forståelsen av evolusjonskartet. Med horisontale genoverføringer kan genetiske signaturer bevege seg raskt mellom grener, og raskt snu et tradisjonelt tre til en sammenflettet web. Denne dynamiske “kaster tvil på denne tree of life-modellen,” Sier Theobald. Og ” når du kaster tvil på det, kaster det også tvil på felles forfedre.”
med oppdagelsen av archaea som det tredje store domenet i livet—i tillegg til bakterier og eukaryoter-ble mange mikrobiologer mer tvilsomme om en enkelt felles forfader over hele linja.
En test for evolusjon
Andre forskere hadde satt visse deler av livet på prøve, inkludert en lignende 1982 statistisk analyse Av Penny testing forholdet mellom flere virveldyr arter. Theobald beskriver papiret som ” kult, men problemet er at de ikke tester universell forfedre.”Med fremskritt i genetisk analyse og statistisk kraft så Theobald imidlertid en måte å skape en mer omfattende test for alt liv.
I løpet av sin forskning hadde Theobald vært bumping mot et vanlig, men” nesten ugjennomtrengelig evolusjonært problem ” i molekylærbiologi. Mange makromolekyler, som proteiner, har lignende tredimensjonale strukturer, men svært forskjellige genetiske sekvenser. Spørsmålet som plaget ham var: Var disse lignende strukturer eksempler på konvergent evolusjon eller bevis på felles opphav?
“alle de klassiske bevisene for felles forfedre er kvalitative og er basert på felles likheter,” Sier Theobald. Han ønsket å finne ut om fokus på disse likhetene var ledende forskere på villspor.
Forlatte antagelser
De fleste mennesker og til og med forskere opererer under premisset om at genetiske likheter innebærer et felles forhold eller forfedre. Men som med likheter i fysisk utseende eller struktur, kan disse antagelsene “bli kritisert,” Theobald notater. Naturlig utvalg har gitt mange eksempler på konvergent fysisk evolusjon, for eksempel prehensile historier om possums og edderkoppaper eller de lange klissete insektspisende tunger av anteaters og beltedyr. Og med horisontal genoverføring på toppen av det, kan lignende argumenter gjøres for genetiske sekvenser.
“jeg tok virkelig et skritt tilbake og prøvde å anta så lite som mulig ved å gjøre denne analysen,” Sier Theobald. Han kjørte ulike statistiske evolusjonære modeller, inkludert de som tok horisontal genoverføring i betraktning og andre som ikke gjorde det. Og modellene som stod for horisontal genoverføring endte opp med å gi den mest statistiske støtten til en universell felles forfader.
Skummel opprinnelse
Theobald sier at hans mest overraskende resultater var ” hvor sterkt de støtter felles forfedre.”I stedet for å bli skuffet over å bare sikkerhetskopiere en langvarig antagelse, sier han at i det minste, “det er alltid hyggelig å vite at vi er på rett spor.
disse funnene betyr ikke at en universell felles forfader etablerer” livets tre ” – mønsteret for tidlig evolusjonær dynamikk. Heller ikke, derimot, de utlede en” web av livet ” struktur. The tree versus web debatten forblir “veldig kontroversiell akkurat nå i evolusjonær biologi,” Sier Theobald, motvillig til å velge en side selv.
en av de andre store ukjente gjenværende er akkurat da denne universelle fellesforfederen levde og hvordan den kunne ha sett ut – et spørsmål Som vil ta mer Enn Theobalds statistiske modeller å svare på. Theobald bemerker også at støtten til en universell felles forfader ikke utelukker ideen om at livet oppsto uavhengig mer enn en gang. Hvis andre, helt forskjellige linjer oppsto, ble de enten utryddet eller forblir uoppdaget.
Forskning vil trolig presse inn i disse mørke hjørner av tidlig evolusjon, Penny notater, som ” forskere er aldri fornøyd.”Han forventer at forskere vil forsøke å sortere tilbake enda tidligere, FØR DNA overtok, og vurdere de tidlige stadiene av evolusjonen i LØPET AV RNA-dagene.
På et mer grunnleggende nivå, Penny sier, papiret bør ikke sette en stopper for vurderingen av forfedrenes forutsetninger. I stedet bør det være en påminnelse om at “vi har aldri tenkt på alle mulige hypoteser,” sier han. “Så vi bør aldri slutte å vurdere en ny tilnærming vi ikke har tenkt på ennå.”
*Erratum (5/13/10): denne setningen ble endret etter publisering. Det opprinnelig uttalt at en universell felles stamfar er mer enn 10 ganger mer sannsynlig.