Náttúrufræðingurinn - 2005, Qupperneq 28

Náttúrufræðingurinn
VlÐ RÓT LÍFSINS
Ef við hugsum okkur að hinar þrjár
greinar á meiði lífsins hafi átt sér
eina sameiginlega áafrumu þá
hlýtur hún, þ.e. sú síðasta sameigin-
lega, að hafa verið mjög vel úr garði
gerð. Hún hefur haft DNA sem
erfðaefni og kerfi umritunar og
prótínmyndunar hafa verið svipuð
því sem gerist í nútímafrumum, með
þeim fyrirvörum sem áður var
greint frá. Efnaskipti hafa líka verið
með svipuðu sniði og nú, t.d. hafa
bæði niðurrifsferill glúkósa og
sítrónsýruhringur verið þróaðir.
Sömuleiðis myndunarbrautir amínó-
sýra, kima og margra annarra smá-
sameinda. Ovíst er þó með ljós-
tillífun, því hún er einungis þekkt í
raunbakteríum og afkomendum
þeirra, grænukornum plantna. Ef
reiknað er með því að síðasti allra-
áinna hafi ráðið yfir þeim efnaferlum
sem nú em sameiginlegir með öllum
veldunum hefur hann þurft að hafa
mörg hundruð gen. Hann gæti þá
hafa verið margbrotnari að gerð en
minnstu þekktu bakteríufrumurn-
ar i7,i8 pn er víst að slíkur ofurái hafi
nokkum tíma verið til?
Carl Woese hefur haldið því fram
að í rót líftrésins hafi í raun ekki
verið um aðgreindar frumulínur að
ræða.10,19 Þar hafi hins vegar verið
breytilegt safn fmmstæðra fmmna
sem auðveldlega gátu skipst á efni. f
fyrstu frumunum sem bæði gátu
búið til prótín og höfðu DNA sem
erfðaefni hafi ónákvæmni í prótín-
myndun verið mikil og stökk-
breytingatíðni há. Litningar hafi
væntanlega verið margir og gen
með skylda starfsemi oft saman á
litningi. Að líkindum hafi verið
mörg eintök af þessum litlu
litningum í fmmu og dreifing þeirra
við frumuskiptingu tilviljunar-
kennd. Fmmur hafi getað skipst á
erfðaefni, t.d. heilum litningum. Þær
hafi verið mjög breytilegar og hafi
sem safn borið mun margbreytilegri
erfðaboð en nokkur ein þeirra bjó
yfir. Rót lífsins teygir sig samkvæmt
þessu niður í fjölskrúðugt frumu-
safn frekar en í afmarkaða línu áa-
frumna. I fmmusafninu hafi tegund-
ir í nútímaskilningi ekki verið til.10,19
Frumur á fyrstu stigum frumu-
þróunar hafa verið kallaðar ár-
fmmur (progenotes).
Smám saman hafa árfrumur
þróast. Nákvæmni náðist í prótín-
myndun, umritun gena og eftir-
myndun DNA og sérhæfðum pró-
tínum fjölgaði. Litningar stækkuðu
og jöfn skipting erfðaefnis við
fmmuskiptingu var tryggð. Hinar
mistæku árfrumur breyttust í
nútímalegar fmmur. Jafnframt dró
úr skiptum á erfðaefni milli lífvera.
Frumulínur tóku að myndast og
þróast hver í sína áttina. Þau þrjú
veldi lífs sem við þekkjum eru
afsprengi slíkra frumulína en líklegt
má telja að þær hafi verið fleiri í
upphafi.
Ekki er gott að segja hversu langt
fmmuþróun var á veg komin þegar
veldin greindust að. Þó virðist, eins
og fyrr var greint frá, sem þróun
prótínmyndunarkerfis hafi verið
langt á veg komin, umritunarkerfis
nokkm skemur en efúrmyndunar-
kerfi enn í mótun. Þetta styður þá
kenningu að kerfi prótínmyndunar
hafi mótast fyrst þessara kerfa.10 Það
hefur að öllum líkindum þróast af
gmnni RNA-lífvísa og enn gegna
RNA-sameindir, rRNA og tRNA,
meginhlutverkum við prótínsmíð.
Þau fjölmörgu prótín sem nú gegna
líka hlutverkum við prótínsmíð hafa
komið síðar til sögunnar.
VORU FYRSTU LÍFVERURNAR
HITAKÆRAR?
Þegar líftré líkt og það sem sýnt er á
4. mynd er skoðað vekur það athygli
að ofurhitakærar bakteríur raða sér á
neðstu hliðargreinar bæði raun-
bakteríu- og fornbakteríugreinar-
innar. Bakteríur sem lifa við miðl-
ungshita og mega kallast ylkærar
skipa ytri hliðargreinamar. Það á t.d.
við um bæði metanbakteríur og
saltkærar bakteríur meðal forn-
6. mynd. Patrick Forterre (f. 1949).
baktería. Þetta hefur þótt benda til
þess að ylkærar bakteríur séu af
ofurhitakæmm komnar og jafnvel
að allra fyrstu lífvemmar hafi verið
ofurhitakærar.20 Slík skýring sam-
ræmist vel kenningum Gúnters
Wáchtersháuser sem gera ráð fyrir
að lífið hafi fyrst kviknað við heita
hveri í sjó.21,22
Þessar uppástungur hafa ekki
fengið að vera óáreittar. Sérstaklega
hefur verið dregið í efa að hinir
fyrstu lífvísar hafi getað dafnað við
háan hita. Bent hefur verið á
óstöðugleika niturbasa og RNA-
sameinda við háan hita og talið
ólíklegt að RNA hafi getað myndast
og RNA-lífvísar þróast við slík
skilyrði.23,24 Miklu líklegra sé að
slíkir lífvísar hafi þróast við miðl-
ungshita og verið ylkærir frekar en
hitakærir. Hugsanlegt væri að að-
lögun að háum hita hefði átt sér stað
í rót líftrésins áður en megingreinar
trésins tóku að myndast. Samkvæmt
kenningu sem franski sameinda-
líffræðingurinn Patrick Forterre (6.
mynd) hefur sett fram er skýringin
þó enn önnur.25 Hinar fyrstu fmmur
hafi ekki verið hitakærar, en forfeður
bæði fombaktería og raunbaktería
hafi snemma lagað sig að háum hita,
sennilega af illri nauðsyn. Forfeður
heilkjömunga hafi hins vegar ekki
gert það. Greinilega hentar það
þessari skýringu að rót líftrésins sé á
milli raunbaktería og fombaktería
a Allraáinn er þýðing höfundar á enska heitinu LUCA, Last universal common ancestor.
98