Náttúrufræðingurinn - 2005, Blaðsíða 25

Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags
Guðmundur Eggertsson
Fornar rætur
Þótt lífverur jarðar séu margar og fjölbreytilegar má telja víst að þær séu
allar af sömu rót runnar. Sterkustu rökin fyrir þessari skoðun eru
niðurstöður rannsókna í lífefnafræði og sameindalíffræði sem hafa sýnt að
flest helstu efnakerfi frumu eru öllum lífverum sameiginleg. Þær mynda
allar prótín á sama hátt samkvæmt fyrirsögn kjarnsýrugena og sýnt hefur
verið fram á skyldleika fjölmargra gena og prótína úr fjarskyldustu
tegundum lífvera. Við blasir að þróun frumustarfsemi hefur verið komin
allvel á veg áður en fram komu þær megingreinar lífvera sem nú
fyrirfinnast á jörðinni.
Asjöunda áratug síðustu
aldar komu fram hugmynd-
ir um að beita mætti saman-
burði á stórsameindum til þess að
kanna skyldleika lífvera.1 Þessum
hugmyndum hefur síðan verið fylgt
vel eftir. Bornar hafa verið saman
raðir amínósýra í skyldum prótínum
og raðir kirna í ríbósóm-RNA
(rRNA)-sameindum. rRNA-sam-
eindir eru ævafomar og hafa breyst
hægt í tímans rás. Ymis prótín eiga
sér líka mjög langa sögu og finnast í
flestum eða öllum tegundum lífvera.
Þótt amínósýruröð þeirra hafi breyst
með tímanum má greina skyldleik-
ann og meta. jafnframt fást þegar
best lætur vísbendingar um skyld-
leika tegundanna sem framleiða
prótínin. í þessari grein verður sagt
frá því hvernig þekking á þróun
stórsameinda hefur nýst til að
grafast fyrir um rætur lífsins.
Þrískipting lífheims
Um miðja síðustu öld komst á sú
hefð að skipta lífverum jarðar í tvö
veldi, annars vegar dreifkjörnunga
(bakteríur) og hins vegar heilkjörn-
unga, þ.e. lífverur sem hafa kjama í
frumum sínum umlukinn af kjarna-
himnu. Skilin á milli veldanna þóttu
skýr.2 En árið 1977 birtu Bandaríkja-
mennimir Carl R. Woese (1. mynd)
og George E. Fox tímamótagrein þar
sem þeir skiptu dreifkjörnungum
upp í tvö veldi, raunbakteríur (eu-
bacteria) og fombakteríur (archae-
bacteria).3 Skiptingin var byggð á
samanburði rRNA-sameinda (2.
mynd), sem eru ásamt prótínum
byggingarefni ríbósóma. Vegna
hægrar þróunar henta þessar sam-
eindir einkar vel til könnunar á
skyldleikatengslum fjarskyldra teg-
unda. Þegar rRNA-sameindir úr
ólíkum tegundum voru bornar
saman kom í ljós að tegundirnar
féllu í þrjá skýrt aðgreinda hópa. í
tveimur hópanna eru dreifkjörn-
ungar, raunbakteríur (eubacteria)
annars vegar og fornbakteríur
(archaebacteria) hins vegar, en í
þeim þriðja eru heilkjörnungar.
Engar þekktar lífverur falla utan
1. mynd. Carl R. Woese (f. 1928).
þessara hópa. Þótt raunbakteríur og
fornbakteríur væru í ýmsu líkar
töldu þeir félagar að rRNA-saman-
burðurinn sýndi ótvírætt að þær
væru mjög fjarskyldar og þeim bæri
að skipa í ólík veldi. Woese áréttaði
þessa skipan í grein sem hann birti
ásamt samstarfsmönum sínum árið
1990 og lagði til að veldin yrðu
nefnd Bacteria, Archaea og Eu-
carya.4
Þær fornbakteríur sem fyrst voru
rannsakaðar lifðu flestar við mjög
óvenjuleg skilyrði, t.d. við háan hita,
við mikinn saltstyrk eða við rnjög
lágt sýrustig. Síðar hefur þó komið í
ljós að fjöldi fornbaktería þrífst við
ósköp venjuleg skilyrði, t.d. í höfum,
vötnum og jarðvegi.5 Þær eru því
miklum mun útbreiddari en áður
var talið.
Náttúrufræðingurinn 73 (3-4), bls. 95-101, 2005
95