dovada este în proteine: testul susține strămoșul comun Universal pentru toată viața

prima formă de viață a Pământului, plutind în spuma proverbială a mărilor primordiale care în cele din urmă a dat naștere copacilor, albinelor și oamenilor, nu este doar o vanitate populară darwiniană, ci și o premisă biologică esențială pe care mulți cercetători se bazează ca parte a fundamentului muncii lor.
în secolul al 19—lea, Charles Darwin a mers dincolo de alții, care au propus că ar putea exista un strămoș comun pentru toate mamiferele sau animalele, și a sugerat că a existat probabil un strămoș comun pentru toată viața de pe planetă-plante, animale și bacteriene.
o nouă analiză statistică ia această ipoteză la bancă și constată că nu numai că deține apă, dar într-adevăr este copleșitor de sunet.
nu a fost deja evident, din descoperirea și descifrarea ADN—ului, că toate formele de viață provin dintr-un singur organism comun-sau cel puțin o specie bazală? Nu, spune Douglas Theobald, profesor asistent de Biochimie al Universității Brandeis și autor al noului studiu, detaliat în numărul din 13 mai Al Nature. (Scientific American face parte din Nature Publishing Group. De fapt, el spune: “când am intrat în ea, chiar nu știam care va fi răspunsul.”
în ciuda dificultăților de a testa în mod oficial evoluția—în special în eoni până la apariția vieții în sine—Theobald a reușit să efectueze analize statistice riguroase asupra secvențelor de aminoacizi din 23 de proteine conservate universal în cele trei diviziuni majore ale vieții (eucariote, bacterii și archaea). Conectând aceste secvențe la diferite modele relaționale și evolutive, el a descoperit că un strămoș comun universal este cu cel puțin 10^2.860 mai probabil să fi produs varianțele secvenței proteice moderne decât chiar următorul scenariu cel mai probabil (implicând mai mulți strămoși separați).*
“evoluția se descurcă bine acolo unde poate fi testată”, spune David Penny, profesor de biologie teoretică la Institutul de Biosciențe moleculare de la Universitatea Massey din Noua Zeelandă și coautor al unui editorial însoțitor. Cu toate acestea, el observă că evoluția poate face “predicții testabile despre trecut (în special cele cantitative)” dificile în cel mai bun caz. “Că Theobald ar putea concepe un test formal”, spune el, ” a fost excelent…. Probabil va duce la un salt în ceea ce se așteaptă de la evaluarea formală a ipotezelor și asta ar ajuta pe toată lumea.”
acrimonia strămoșilor comuni
descoperirile de la mijlocul secolului 20 despre universalitatea ADN-ului” l-au bătut cu adevărat în cuie pentru oameni ” în ceea ce privește stabilirea în cultura populară—și academică—că există un singur strămoș comun universal pentru toată viața cunoscută pe Pământ, spune Theobald. Și de atunci, “a fost presupus pe scară largă ca fiind adevărat”, notează el.
dar în ultimele decenii, au apărut noi îndoieli în unele cercuri. Microbiologii au dobândit o mai bună înțelegere a comportamentului genetic al formelor de viață simple, care pot fi mult mai amorfe decât transferul tipic, vertical al genelor de la o generație la alta. Capacitatea microbilor, cum ar fi bacteriile și virușii, de a schimba genele lateral între indivizi—și chiar între specii—schimbă o parte din înțelegerea structurală de bază a hărții evoluției. Cu transferuri orizontale de gene, semnăturile genetice se pot mișca rapid între ramuri, transformând rapid un copac tradițional într-o rețea încurcată. Această dinamică “aruncă îndoieli asupra acestui model de copac al vieții”, spune Theobald. Și ” odată ce arunci îndoială asupra acestui lucru, aruncă un fel de îndoială și asupra strămoșilor comuni.”
odată cu descoperirea archaea ca al treilea domeniu major al vieții—pe lângă bacterii și eucariote—mulți microbiologi au devenit mai dubioși cu privire la un singur strămoș comun peste tot.
un test pentru evoluție
alți cercetători au pus la încercare anumite secțiuni ale vieții, inclusiv o analiză statistică similară din 1982 prin Penny testând relația mai multor specii de vertebrate. Theobald descrie lucrarea ca fiind ” mișto, dar problema este că nu testează strămoșii universali.”Cu progresele în analiza genetică și puterea statistică, totuși, Theobald a văzut o modalitate de a crea un test mai cuprinzător pentru toată viața.
în cursul cercetărilor sale, Theobald se lovise de o problemă evolutivă comună, dar “aproape intractabilă” în biologia moleculară. Multe macromolecule, cum ar fi proteinele, au structuri tridimensionale similare, dar secvențe genetice foarte diferite. Întrebarea care l-a afectat a fost: Au fost aceste structuri similare Exemple de evoluție convergentă sau dovezi ale strămoșilor comuni?
“toate dovezile clasice pentru strămoșii comuni sunt calitative și se bazează pe asemănări comune”, spune Theobald. El a vrut să-și dea seama dacă concentrarea asupra acestor asemănări îi determină pe oamenii de știință să rătăcească.
ipoteze abandonate
majoritatea oamenilor și chiar oamenii de știință operează sub premisa că asemănările genetice implică o relație comună sau strămoș. Dar, ca și în cazul asemănărilor în aspectul sau structura fizică, aceste ipoteze “pot fi criticate”, notează Theobald. Selecția naturală a oferit numeroase exemple de evoluție fizică convergentă, cum ar fi poveștile prehensile ale posumurilor și maimuțelor păianjen sau limbile lungi lipicioase care mănâncă insecte ale anteaterilor și armadillo. Și cu transferul orizontal de gene pe deasupra, argumente similare ar putea fi făcute pentru secvențe genetice.
“am făcut cu adevărat un pas înapoi și am încercat să-mi asum cât mai puțin posibil în a face această analiză”, spune Theobald. El a rulat diverse modele evolutive statistice, inclusiv cele care au luat în considerare transferul orizontal de gene și altele care nu. Iar modelele care au reprezentat transferul orizontal de gene au ajuns să ofere cel mai statistic suport pentru un strămoș comun universal.
origini tulburi
Theobald spune că cele mai surprinzătoare rezultate ale sale au fost “cât de puternic susțin strămoșii comuni.”În loc să fie dezamăgit de simpla susținere a unei presupuneri de lungă durată, el spune că cel puțin “este întotdeauna plăcut să știm că suntem pe drumul cel bun.”
aceste descoperiri nu înseamnă că un strămoș comun UNIVERSAL stabilește modelul “arborelui vieții” pentru dinamica evolutivă timpurie. Nici, cu toate acestea, nu deduce o structură de “rețea de viață”. Dezbaterea tree versus web rămâne “foarte controversată chiar acum în biologia evoluționistă”, spune Theobald, reticent în a alege el însuși o parte.
una dintre celelalte mari necunoscute rămase este exact când a trăit acest strămoș comun universal și cum ar fi putut arăta—o întrebare la care va fi nevoie de mai mult decât modelele statistice ale lui Theobald pentru a răspunde. Theobald observă, de asemenea, că sprijinul pentru un strămoș comun universal nu exclude ideea că viața a apărut independent de mai multe ori. Cu toate acestea, dacă au apărut alte linii complet distincte, acestea fie au dispărut, fie rămân încă nedescoperite.
cercetările vor continua probabil în aceste colțuri întunecate ale evoluției timpurii, notează Penny, deoarece “oamenii de știință nu sunt niciodată mulțumiți.”El se așteaptă ca cercetătorii să încerce să sorteze înapoi chiar mai devreme, înainte ca ADN-ul să preia și să evalueze stadiile incipiente ale evoluției în zilele ARN.
la un nivel mai fundamental, spune Penny, lucrarea nu ar trebui să pună capăt evaluării ipotezelor ancestrale. În schimb, ar trebui să fie un memento că “nu ne-am gândit niciodată la toate ipotezele posibile”, spune el. “Deci, nu ar trebui să încetăm niciodată să luăm în considerare o nouă abordare la care nu ne-am gândit încă.”
*Erratum (5/13/10): această propoziție a fost modificată după publicare. Acesta a afirmat inițial că un strămoș comun universal este de peste 10 ori mai probabil.