Хто є предками людини? Нові дослідження показують, що людський вид - це не те, що я думав
Дерево життя - або філогенетичне дерево живих істот - це, як висловлюється Карл Циммер, шанований американський автор науково-популярних книг, наочне зображення гіпотези, твердження про те, як вчений думає, що види пов'язані між собою. Дані, на яких формується філогенетичне дерево, постійно збираються, оскільки вчені відкривають нові види, нові методи порівняння видів між собою та нові критерії порівняння, завдяки чому завжди з’являються нові гіпотези та дерево - принаймні деякі гілки його - відповідно змінюється.
Якщо протягом тривалого часу вчені мали лише морфо-анатомічні критерії для порівняння видів, то з середини ХХ століття в дію увійшли генетичні дані, що призвело до зміни деяких гіпотез, появи нових та усвідомлення нові моделі філогенетичного дерева живих істот.
У 1970-х роках генетики з Університету Іллінойсу на чолі з Карлом Вузом почали порівнювати фрагменти генетичного матеріалу від великої кількості видів і, спираючись на них, намалювали ціле дерево життя. Їх роботу продовжує, серед інших, з 1997 року Норман Пейс з Університету Колорадо.
На їх думку, усі форми життя складаються з трьох основних гілок філогенетичного дерева, званих доменами, вищого рівня, ніж царства.
до еукаріотів належать тварини, рослини, гриби та найпростіші. Однак усі ці форми життя, як би вони не були різними, мають багато спільних рис, найважливішим з яких є існування ядра, що містить генетичний матеріал у формі ДНК, організованої в компактну форму, що називається хроматин (поєднання ДНК з певними білками).
Інша головна гілка - це бактерії; вони не мають ядра - їх генетичний матеріал утворює бактеріальну хромосому, яка плаває в цитоплазмі, - і копіювання генетичної інформації здійснюється за допомогою ферментів, відмінних від енукаріотів.
третя гілка називається Archaea; Поки це детально не вивчав Карл Вуз, археї вважалися своєрідними бактеріями (як і вони, вони були прокаріоти, тобто вони не мали ядра, що містило б генетичний матеріал), за винятком того, що вони виробляли метан і мешкали на болотах та в інших "дивних" місцях. Але коли Вуз порівняв архей з іншими живими видами, він виявив, що археї мають свої власні особливості, такі як певні типи молекул у мембранах. (Пізніше було встановлено, що дуги живуть не лише в дивних місцях, в екстремальних умовах, оскільки вони були виявлені у всіх видах середовищ існування, включаючи людське тіло, в мікробіомі кишечника).
Тому ми маємо справу з філогенетичним деревом, намальованим на основі генетичних характеристик живих істот, яке поділяє форми життя на три основні категорії, три домени: еукаріоти, бактерії, археї.
Гіпотеза про три домени отримала підкріплення протягом багатьох років, коли були відкриті нові види. Але в один момент з’явились деякі ускладнення.
По-перше, було встановлено, що певні гени не завжди залишаються на тій гілці, на якій вони були спочатку розміщені, але можуть мігрувати. Фрагменти ДНК від одного виду можуть переходити до інших видів; це, наприклад, стійкість до антибіотиків. У кишечнику людини, де надзвичайно велика і різноманітна популяція мікроорганізмів, гени, що визначають стійкість до антибіотиків, можуть переходити від одного виду бактерій до іншого. Деякі вчені вважають, що цей перенос генів перешкоджає правильній реалізації дерева, що відображає еволюцію. Інші вважають, що циркуляція певних генів від одного виду до іншого не робить негативного впливу на правильність гіпотези трьох доменів.
Друге ускладнення - суперечка щодо кількості основних галузей. Насправді є три області, три великі гілки… або лише дві?
Першим, хто просунув цю ідею, був Джеймс Лейк з UCLA в 1984 році. Він досліджував клітинні органи, звані рибосомами, які є "фабриками білка" клітини. Він виявив, що рибосоми еукаріотів подібні до певних типів архей, припускаючи, що існувала спорідненість. (Отже, з цієї точки зору, ми, люди, були б свого роду арчі).
Нові результати досліджень у цьому напрямку нещодавно з’явились у статті, опублікованій у “Proceedings of the Royal Society” Мартіном Емблі з Університету Ньюкасла та його колегами.
Вони включили в свій аналіз деякі нещодавно виявлені арки, які досить сильно відрізняються від раніше відомих видів. Дослідники порівняли 41 білкову послідовність від усіх цих видів, а також 64 гени різних архей та еукаріотів.
Замість того, щоб простежити єдине філогенетичне дерево, вони побудували кілька таких дерев на основі досліджених генів та білків, а потім порівняли їх між собою, щоб знайти узгодженість. І вони виявили, що еукаріоти найкраще підходять серед архей, як їх підгрупа, а не як окрема гілка.
Чому це важливо? Оскільки еукаріотичні організми (частиною яких є людський вид) походять від примітивних архей, ми можемо, вивчаючи археї, зрозуміти деякі ключові стадії, що призвели до появи еукаріотів. Наприклад, наші клітини мають внутрішньоклітинний скелет, своєрідне мікроскопічне «підкріплення», яке підтримує їх структуру. Нещодавно вчені виявили в археях два компоненти внутрішньоклітинного скелета, виявлені у людини: актин і тубулін. Він також був знайдений в археях, хроматині, поєднанні ДНК і білків, які стабілізують і ущільнюють ланцюги ДНК і здавна вважалося специфічним для еукаріотів.
Іншими словами, багато характеристик еукаріотів з’явились набагато раніше, ніж я думав, приблизно. 2 мільярди років у первісних арках і збереглися донині у сучасних архаїчних видах.
Далі є вчені, які підтримують модель 3 доменів - археї, бактерії, еукаріоти - та інші, які шукають - і знаходять - докази єдності еукаріотів та архей. Суперечка залишається відкритою, і дерево життя ще далеко не набуло остаточної форми.