Mongrel Microbe 테스트 복잡한 삶의 이야기

2014 년 9 월, Christa Schleper는 슬로베니아에서 비정상적인 사냥 원정을 시작했습니다. Schleper는 사슴의 표준 채석장을 찾는 대신 Lokiarchaeota 또는 Loki를 찾고 있었다. 단순하고 단일 세포 생물은 과학에 알려진 다른 유기체와 다르기 때문에 과학자들의 관심을 사로 잡았습니다. 그들은 Archaea로 알려진 고대 생물 그룹에 속하지만 우리를 포함한 더 복잡한 생명체와 일부 기능을 공유하는 것 같습니다.

로키에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 과학자들은 생물학의 가장 큰 미스터리 중 하나를 해결하는 데 도움이되기를 희망합니다. 단순한 단일 세포 유기체에서 진핵 생물로 알려진 복잡한 삶의 메나 게리 (Menagerie)-효모에서 아잘 루아에 이르기까지 모든 범주가 ​​포함되어 있습니다. 노바 스코샤에있는 달하 우지 대학교의 진화 생물 학자 인 존 아치발드 (John Archibald)는“삶의 기원 옆에는 인생의 역사에 더 큰 미스터리가 없을 것입니다.

단일 세포에서 복잡한 생물로의 점프는 엄청난 진화만을 나타 내기 때문에 너무 당황 스럽습니다. 오스트리아 비엔나 대학교의 미생물학자인 슐레퍼 (Schleper)는“진핵 생물을 어떻게 만드십니까? "큰 전환입니다."

단일 세포 유기체는 지구를 덮고 인상적인 생화학을 할 수 있지만, 예를 들어 핵 폐기물을 섭취 할 수 있습니다. 구조와 모양은 간단하게 유지됩니다. 진핵 생물을 구성하는 동물, 식물 및 곰팡이의 세포는 훨씬 더 정교합니다. 그들은 더 간단한 형제들에게 부족한 특징들을 가지고 있습니다 :DNA를 수용하는 핵; 미토콘드리아로 알려진 에너지 생산 장치; 세포 골격으로 알려진 분자 구조는 세포 모양과 움직임을 제어합니다.

대부분의 생물 학자들은 약 20 억 년 전 어느 시점에서, 하나의 특징이없는 세포가 다른 세포를 삼키고, 두 사람은 하나로 함께 일하기 시작했다는 데 동의합니다. 그러나이 과정의 세부 사항 (이 공생 과정이 진화 과정을 시작했는지 또는 진핵 생물의 길을 따라 중간에 발생했는지 여부는 계속 해서이 분야에서 큰 분쟁을 일으킨다. 한 그룹은 미토콘드리아로 알려진 세포 에너지 공장의 획득에 의해 진핵 생물이 빠른 버스트에서 나타 났다고 이론화한다. 다른 사람들은 더 느리고 단계적 프로세스를 제안합니다. 그들은 미토콘드리아가 간단한 세포에서 발달 할 수 없다고 말합니다. 미토콘드리아가 탑승하기 전에 어느 정도의 복잡성이 진화해야합니다. 토론은 너무 가열되어 각 캠프의 구성원들이 더 이상 상대방의 회의 세션에 참석하지 않습니다.

생물 학자들은 제 시간에 돌아갈 수 없기 때문에 살아남은 생명체가 단서에 대한 검색을합니다. 그러나 고대, 단일 세포 생명체와 초기 진핵 생물 사이의 감지 가능한 중간체는 존재하지 않으므로 진화 적 사건의 질서를 재구성하는 것은 거의 불가능합니다. Archibald는“일이 한 번만 발생하면 문제를 해결하기가 어렵습니다. "우리는 현대 유기체의 DNA 서열을 연구하고 함께 조각하려고 노력하고 있습니다."

일부 과학자들은 미생물 누락 링크라고 불리는 Loki에 들어갑니다. 그것은 고대 계보의 후손이며 명백한 복잡성 패치를 가진 단순한 유기체입니다. 유전자 분석은 Loki가 단일 세포 고고에 정사각형을 배치합니다. 그러나 그것은 진핵 생물에서 집에서 더 많은 것처럼 보이는 흥미로운 유전자 모음을 가지고 있으며, 오히려 중세 원고를 점령하는 현대 단어와 마찬가지로. 실제로 Loki의 유전자 기계는 유기체가 미토콘드리아 생성의 첫 단계 인 다른 세포를 둘러 볼 수 있다고 제안합니다. 스웨덴 웁살라 대학교 미생물학자인 Thijs Ettema는“이 유전자는 진핵 생성, 진핵 생물의 출현을위한 스타터 키트를 제공 할 수있었습니다. 지난 5 월.

따라서 Loki는 진핵 생물에 대한 새로운 잠재적 기원 이야기를 간략하게 설명하며, 하나는 두 극단 사이의 중간 길을 걷습니다. 미토콘드리아는 진핵 생물의 진화 초기에 태어 났을 것입니다. 그러나 최초의 미토콘드리아 숙주는 이미 몇 가지 정교한 특징, 특히 다른 세포를 둘러 볼 수있는 능력을 가지고 있었을 것입니다. Archibald는“[Loki]는 진핵 생물 복잡성에 대한 디딤돌이라는 것을 암시합니다.

Schleper, Ettema 및 다른 사람들은 이제 진화 나무의 진핵 생물에 더 가까운 일부를 찾기를 희망하면서 새로운 종류의 Loki를 찾고 있습니다. 슬로베니아에 대한 Schleper의 탐험은이 진행중인 사냥의 일부였습니다. 여행은 성공적 이었지만, 그녀는 퍼지는 것에 대한 두려움에 대한 세부 사항을 밝히기를 꺼려했습니다. 금의 프로 스터처럼, 그녀는 로키를 찾는 가장 유망한 사이트를 파악하는 데있어 자신의 비밀 방법을 가지고 있습니다. 그러나 그녀의 발견은 훨씬 더 귀중합니다. 그들은 복잡한 삶이 어떻게 시작되었는지에 대한 신비를 밝힐 것을 약속합니다.

미토콘드리아 합병

진핵 생물은보다 원시적 인 고원 조상에 비해 많은 혁신을 가지고 있습니다. 그중에서 가장 주목할만한 것은 박테리아와 고풍보다 훨씬 더 많은 DNA를 수용 할 수있는 핵과 그 게놈에 의해 생성 된 많은 단백질을 제조하기위한 에너지를 제공하는 미토콘드리아입니다.

핵과 미토콘드리아는 진핵 생물 초기에 발생한 놀라운 합병을 반영합니다. 어느 시점에서, 고원사 또는 원시적 진핵 생물은 박테리아를 가득 채워 공생 관계를 발전시켰다. 모든 가능성에 대비하여, 두 유기체는 돌이킬 수 없을 정도로 얽히게되었습니다. 기숙사 박테리아는 숙주 세포에 점점 더 의존하게되어 대부분의 유전자를 항복했으며, 그 중 일부는 핵에 들어갔다. 결과는 진화의 역사에서 미토콘드리아를 탄생시킨 독특한 발전이었습니다.

University College London의 생화학자인 Nick Lane은“40 억 년의 진화로 진화 된 진화의 전체 진화를 조각했습니다. "두 유기체는 수명주기를 따라 가서 동기화하는 방법을 알아 내야하기 때문에 잘못 될 가능성이 있습니다."

미토콘드리아가 탑승 한 방법과시기는 진핵 생물의 기원을 둘러싼 가장 큰 논쟁 중 하나입니다. 미토콘드리아가 일찍 등장했거나 진핵 생물이 시간이 지남에 따라 점차적으로 발달하여 길을 따라 미토콘드리아를 획득 했습니까?

Archibald는“이 분야는 진핵 생물 세포 복잡성의 대부분이 미토콘드리아의 진화 전, 도중 또는 후에 발생했는지에 대한 문제에 대해 실제로 끊어졌다”고 Archibald는 말했다. 토론이 너무 강해서 Ettema 가이 질문을 탐구하기 시작했을 때 동료들은 그에게 경력 자살이 될 것이라고 말했습니다.

Big-bang 또는 Mitochondria-early 이론이라고 불리는 첫 번째 옵션은 원시적 고원이 진핵 생물의 발달을 이끌어 낸 사건 인 박테리아를 휩쓸 었다고 예측합니다. 그러나 Archaeon이 어떻게 그 박테리아를 집어 올릴 수 있었는지 불분명합니다. 과학자들은 박테리아가 다른 박테리아 내에 사는 두 가지 경우를 알고 있습니다. (반면에 진핵 생물은 종종 공생 박테리아를 자주 보유하고 있습니다.)“이것은 미토콘드리아 최초의 첫 시나리오가 직면 한 가장 큰 장애물 중 하나입니다.”라고 말합니다.

때로는 느린 드립 또는 미토콘드리아-리이트 이론이라고 불리는 두 번째 옵션은, 미토콘드리아가 탑승했을 때 프로토 에쿠 카어 토스가 이미 복잡한 특징, 특히 먹이를 가릴 수있는 능력을 개발하기 시작했다고 주장한다. 이 이론에 따르면, 가장 오래된 진핵 생물은 미토콘드리아가 부족해야합니다.

증거는 한때이 옵션을 지적하는 것처럼 보였다. 예를 들어, Giardia와 같은 많은 기생충은 미토콘드리아가 누락되었습니다. 과학자들은 처음 에이 기생충에 소기관이 없었다고 생각했습니다. 그러나 최근 몇 년 동안이 유기체가 진화 과정에서 미토콘드리아를 잃어 버렸다는 것이 분명해졌습니다.

Loki의 발견은 두 그룹 사이의 일종의 중간 근거를 열어줍니다. 여기 미토콘드리아 생성의 첫 단계 인 박테리아를 가득 채우기위한 기계를 가질 수있는 비교적 간단한 세포가 있습니다. Loki는 진핵 생물에서 일반적으로 발견되는 다수의 유전자를 가지고 있으며, 이는 동적, 형태 변화하는 세포 골격과 관련된 유전자를 포함합니다. 진핵 생물에서, 이들 유전자는 세포막이 형태를 변화시킬 수있게한다. 예를 들어, 아메바는 모양이 바뀌어 먹이가 움직이고 engulf로 변합니다. Ettema는“이것은 매우 진핵 생물 관련 과정이며 처음으로 우리는 그것들을 고원에서 발견했습니다. “이것은 매우 흥미로 웠습니다.”

Koonin은“세포 골격과 같은 이러한 특징을 가진 고고는 확실히 [미토콘드리아-초기] 시나리오를 이전보다 더 맛있게 만듭니다.

시력 보이지 않는

Loki Discovery는 하나의 주요 경고와 함께 제공됩니다. 지금까지 아무도 본 적이 없습니다. 과학자들은 아직 실험실에서 성장할 수 없습니다. 그들이 할 수있는 일은 그들의 DNA를 분리하고 그것이하는 일을 추론하려고 노력하는 것입니다. Archibald는“우리는 분명해야합니다. 우리는 그것이 어떻게 생겼는지 모릅니다. "그들의 생물학은 게놈 데이터에서 함께 조각되고 있습니다."

미생물학의 세계에서는 드문 일이 아닙니다. 대다수의 미생물은 주문시 자라질 수 없으므로 과학자들은 DNA를 분석하고 비교하여 연구합니다. Schleper는“이것이 우리가 미생물학에서하는 일이며, 게놈에서 예측을합니다. "[Loki]는 멤브레인에 매우 특별한 것이 있습니다."

그 특별한 무언가의 정확한 본질은 여전히 ​​불분명합니다. Archibald와 다른 사람들은 Loki가 다른 유기체에서 막 리모델링에 관여하는 유전자가 있지만 Loki에서 동일한 기능을 수행한다는 것을 아무도 모른다고 경고합니다. 아마도 그들은이 간단한 유기체에서 다른 일을하고 막 리모델링은 나중에 진화했습니다.

Lane은 Loki가 다른 미생물을 둘러 볼 수 있다는 확신을 가지고 있습니다. Lane은“커지면서 많은 에너지가 필요하며, 셀을 돌아 다니며 다루기 위해서는 비용이 많이 듭니다. 현대의 세포에서, 그 과정은 1,000 개의 유전자가 포함되며,이 모든 것은 생산하는 데 많은 에너지가 필요하다고 그는 말했다.

Schleper와 Ettema는 실험실에서 Loki를 재배하는 데 열심히 노력하고 있지만 배양하는 것은 매우 어려운 것으로 판명되었습니다. 원래의 샘플은 산소가 부족하고 유기체의 신진 대사는 매우 느린 심해에서 발굴되었습니다. 일부 추정에 따르면 그곳에 사는 생물은 10 년마다 한 번만 나뉘어 진 것으로 예상됩니다. 더욱이,이 퇴적물 거주 로키는 바다 바닥의 극한 환경에 적합하므로 표면으로 가져 오는 것은 사형 선고 일 것입니다. Ettema는“당신은 매우 조심스럽고 운이 좋을 것”이라고 Ettema는 말했다.

다행스럽게도 연구원들은 로키가 외계인 환경이 적다는 것을 발견했으며, 그 출처의 샘플이 성장하기가 더 쉬워 질 것으로 기대합니다. Schleper와 Ettema는 초기 발견 이후 로키가 예상보다 일반적이라는 것을 발견했습니다. 그 후에는 온천, 얕은 해양 퇴적물, 강, 심지어 영구 동토층과 같은 여러 환경에서 새로운 변형을 확인했습니다. Ettema는“부활절 달걀과 같습니다. "우리는 우리가 무엇을 찾을지 모르지만 모든 새로운 게놈은 그 안에 무언가가 있습니다."

Loki 샘플을 찾는 데있어 도전의 일부는 지역 미생물 생태계에서 드문 인물 인 수가 적다는 것입니다. 그것은 그들이 왜 그렇게 오랫동안 감지되지 않은지 설명 할 수 있습니다. 또한 미생물 다양성을 조사하는 데 사용되는 방법은 일반적으로 고고래를 감지하는 데 적합하지 않다고 Schleper는 말했다.

Ettema는 실험실에서 Loki를 키우는 방법을 알아낼 것이라는 낙관적입니다. 그러나 그는 Live Loki를 관찰하는 것이 조상 능력에 대한 의문을 해결하지 못할 수도 있다고 경고합니다. 오늘날의 로키는 진핵 생물을 일으킨 고대 버전과는 매우 다를 수 있습니다. 현대 로키가 박테리아를 가득 채울 수 있다고해도 고대의 사람들이 그랬다는 것을 증명하지는 않습니다. 진화하는 데 20 억 년이 걸렸습니다. 이는 단일 세포 유기체에서 인간의 출현을 보았습니다. Ettema는“사람들은 우리가 그것을 배양함으로써 우리가 알 수있는 것을 조금 과장했습니다.

Loki가 우리의 고대 기원의 신비를 해결하지 않더라도, 그 발견은 생물학적 다양성이 얼마나 많이 발굴되어야하는지 보여줍니다. 아마도 다음 발견은 미토콘드리아를 소유 한 병력이없는 진핵 생물 일 것입니다. 또는 아마도 그것은 내부에 사는 공생 박테리아의 징후가있는 고원 일 것입니다. Koonin은“실험실에서 자랄 수없는 유기체의 게놈을 시퀀싱함으로써 우리가 찾을 수있는 참신함을 강조합니다. "생물학에 대한 우리의 이해에 극적이고 결정적인 발견이 더 많이 발견 될 가능성이 있습니다."