우리 지구는 45 억 년 전에 약간 형성되었으며, 가장 최근의 추정치가 맞다면 인생이 오래 걸리지 않았습니다. 조사하기가 어렵 기 때문에 그 일이 어떻게 일어 났는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 또한 생명의 주요 영역이 등장했을 때 처음 수십억 년 동안 진화하는 동안 다음에 일어난 일을 연구하기가 어려웠습니다.
특히 욕설은 진핵 생물, 잘 정의 된 내부 구획을 가진 세포 또는 동물, 식물, 곰팡이 및 프로테이스트와 같은 일부 미생물 (진화 친족에만 존재하는 세포)의 상승입니다. 가장 초기의 진핵 생물은 단서로 맑은 화석을 남기지 않았으므로 연구자들은 나중에 나중에있는 것의 구조적 및 분자 세부 사항을 비교하고 그들의 진화 관계를 추론함으로써 자신의 모습을 추론해야합니다.
.스페인 바르셀로나에있는 진화론 생물학 연구소 (Institute of Evolutionary Biology)의 박사후 연구원 인 미셸 레거 (Michelle Leger)는 현재 그러한 연구를위한“매우 흥미 진진한 시간”이라고 말했다. 현대의 유전자 시퀀싱 기술을 통해 과학자들은 다양한 생명 형태의 전체 게놈을 읽을 수 있으며, 미생물 수명이 계속 증가하는 세부 사항으로 드러나면서 새로운 종과 다른 분류 학적 그룹이 밝혀지고 있습니다. 이러한 풍부한 데이터를 통해 연구원들은 시간이 지남에 따라 유기체의 계보를 거꾸로 추적하고 있습니다. 그녀는“우리는 많은 측면에서 문제에 접근하려고 노력하고있다”고 말했다. "그것은 우리를 첫 번째 진핵 생물에 더 가깝게 밀고 있습니다."
그리고 최초의 진핵 생물은 최근의 발견이 어떤 징후라면, 대부분의 과학자들이 기대했던 것과 크게 출발 할 수 있습니다. 이달 초, 한 팀은 진핵 생물 진화의 시그니처 이벤트 (미토콘드리아라고 불리는 소기관의 발달)가 이론화 된 것과는 상당히 다르게 전개되었을 것이라는 증거를 제시했다. 한편, 다른 연구자들은 모든 진핵 생물의 최초의 "조상"이 전혀 단일 세포가 아니라 DNA를 열렬히 교환 한 세포의 혼합 된 집단이 될 수 있다고 제안했다. 차이는 미묘하지만 오늘날 우리가 보는 진핵 생물의 진화와 다양성을 이해하는 데 중요 할 수 있습니다.
조상 진핵 생물
이 지구상의 첫 번째 생명체 인 최초의 세포는 원핵 생물 이었지만 모두 비슷한 것은 아닙니다. 초기에도 두 가지 매우 뚜렷한 혈통, Archaea와 박테리아가 나타났습니다. 고고는 지금도 핫 통풍구 나 슈퍼 살린 수영장과 같은 극단적 인 환경에서 살아남을 수 있기 때문에 처음으로 번성했을 것입니다. 그러나 Archaea와 Bacteria가 동시에 첫 번째 세포에서 나뉘어 처음부터 독립적으로 다각화하기 시작했을 수도 있습니다. 시간이 얼마나 많이 지나간 시간을 고려할 때 분할이 언제, 어떻게 발생했는지 확실하게 알아내는 것은 아마도 불가능할 것입니다. 화석 증거는 존재하지 않으며, 두 가지의 유기체는 수평 유전자 전달을 통해 유전자를 광범위하게 바꾸었다 (세대를 통해 유전자의“수직”전달과는 달리)는 게놈 이력의 분석을 복잡하게한다.
.우리가 아는 것은 진핵 생물 이야기가 일부 불량 고풍 세포가 나머지 부분과 나뉘어 오랫동안 완전히 새로운 삶의 영역으로 여겨지는 것을 발견했을 때 시작되었다는 것입니다. 보르도 대학교와 시드니 대학교와 제휴 한 생물학의 철학자 인 Maureen O'Malley는“첫 번째 그리고 근본적으로 우리는 매우 이상한 종류의 고풍입니다.
이 첫 진핵 생물 공통 조상 또는 FECA의 세포를 구별하는 것은 투쟁 일 것입니다. 예를 들어 아직 핵이 없었습니다. 설탕과 다른 분자를보다 대사 적으로 사용 가능한 에너지로 전환시키는 미토콘드리아가 없었습니다. 그것은 진핵 세포의 구조적 단백질 인 미세 소관조차 없었으며, 이는 세포가 갈 곳을 셔틀 할 수있게함으로써 구획화를 허용합니다.
.진핵 생물이 모든 진핵 생물에 공통적 인 특성을 가지고 있지만 다른 형태의 삶에는없는 방법과 다른 특성을 어떻게 소유하게했는지 아무도 모른다. 그러나 자연 미생물학의 보고서에서 지난주 유럽과 미국의 연구원 팀은 미토콘드리아의 발전 인 이정표 중 하나에 대한 새로운 이론을 제공했습니다. 수십 년 동안, 연구자들은 미토콘드리아가 고고 세포의 내부 공생체가 된 박테리아에서 유래 한 것으로 알고 있지만, 그 일이 어떻게 스케치되었는지에 대한 세부 사항
Anja Spang, Royal Netherlands Sea Research의 미생물 생태 학자 인 Anja Spang, 스웨덴 웁살라 대학교에서 게놈 진화를 연구하는 미생물학자인 Thijs Ettema, 그리고 동료들은 몇 년 전만 발견 된 슈퍼 필럼 인 Asgard Archaea를 바라 보면서 단서를 찾았습니다. 진핵 생물.
과학자들은 미토콘드리아가 특정 작은 유기 분자와 알파 프로 테오 박테리아를 발효시키는 고고 세포 사이의 파트너십에서 발생했을 가능성이 가장 높다고 결론을 내렸다. 박테리아는 전자와 수소를 사용할 수있다. (이전에 인기있는 이론에 따르면 박테리아는 고고의 신진 대사에 수소를 기증했을 것이기 때문에 연구자들은 이것을“역 흐름 모델”이라고 부릅니다.)
.Spang과 Ettema는 이메일에서“이러한 연관성은 일부 소규모 유기 기질의 성장을 더 유리하게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 산소가없는 조건 하에서 살고 탄화수소를 대사하는 일부 현대의 고고는 박테리아에 의존하여 전자를 수용합니다. "비슷한 유형의 상호 작용은 진핵 생물의 고고성 조상을 특징으로했을 수 있습니다."
시간이 지남에 따라, 다른 박테리아로부터 유전자의 수평 전이는 미토콘드리아에 의해 수행 된 대사 과정을 위해 더 많은 기계를 제공했을 것이다. 한편, 양쪽에 불필요한 유전자의 상실과 함께 구식 숙주와 그들의 박테리아 공생 사이의 유전자 전달은 분리 된 공생 세포였던 것을 영구적으로 통합 된 진핵 생물 상태로 확고 시켰을 것이다.
.연구원들은이 이론이 미토콘드리아의 기원을 설명 할 수 있지만 다른 중요한 소기관의 기원에 대해서는 침묵합니다. Spang과 Ettema는“아마도 우리는 핵이 진화하면 진핵 세포를 언급하기 시작해야한다. "이 시점에서, 이것이 미토콘드리아 내 생체 대상 전후에 이런 일이 일어 났는지는 여전히 불분명하다." 또한 고대의 고고가 알파 프로 테오 박테리아와의 공생 전에 일부 진핵 생물 특징을 채택하기 시작했다면 전환에 도움이되었을 수도 있습니다. 예를 들어, 단백질 액틴의 필라멘트는 숙주와 공생체 사이의 접촉을 안정화시킬 수 있었고 신진 대사의 커플 링을 개선 할 수있다.
전반적으로, 진핵 생물의 기원은 오늘날 살아있는 모든 진핵 생물이 이미 복잡한 유기체에서 생겨 났기 때문에 신비롭게 남아 있습니다. 어쨌든, 알려지지 않은 수천 년 동안 Feca는 마지막 진핵 생물 공통 조상 또는 Leca로 바뀌 었습니다. LECA는 아마도 오늘날의 미생물 진핵 생물과 비슷해 보이기 때문에 상상하기가 훨씬 쉽습니다. Nova Scotia의 Dalhousie University의 분자 생물 학자 인 W. Ford Doolittle은“핵이있는 모든 것은 미토콘드리아, 골지 장치 및 기타 모든 것을 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다. "Leca는 이미 상당히 정교한 진핵 세포 인 것으로 보입니다."
.사실, Leca는 매우 간단하여 일부는 지루하다고 말합니다. 뉴질랜드 오클랜드 대학교 (University of Auckland)의 분자 진화론자 인 Anthony Poole은“아무도 진정으로 논쟁하지 않는 한 가지는 마지막 진핵 생물 공통 조상의 본질입니다.
LECA는 일반적으로 모든 진핵 생물의 단일 조상 인 하나의 세포로 논의되기 때문에 일부는 그것에 대해 논쟁하는 것을 귀찮게하고 있습니다. 오말리에게는 잘못되었습니다. 그녀는“분명히 Leca는 단일 세포가 될 수 없었습니다. 그녀는 그 오류가 계보에 대해 너무 단순하고 혼란스러운 조상을 조상들과 생각하는 사람들에게서 나옵니다. "계보 적 사고는 모든 부서와 함께 그 혈통을 단일 세포 계보로 다시 선택합니다."
자연 생태 및 진화에 대한 에세이에서 , O'Malley와 그녀의 동료들은 LECA가 단일 세포가 아니라 실제로 유 전적으로 다양한 세포의 집단 인 경우 그 의미에 대해 논의했으며, 오늘날 진핵 생물과 관련된 모든 특성은 없었습니다. O'Malley는“LECA에 대해 이야기 할 때 아마도 우리는 조상 상태에 대해 이야기하고있을 것입니다.
“우리 가이 논문과 함께 실제로하고 싶었던 것은 마지막 진핵 공통 조상을 재건하는 사람들 사이의 대화를 시작하는 것이었고, 그들이 LECA를 어떻게 생각하는지 생각하고 가상의 인구의 유전 적 변화가 그들이 보는 패턴을 설명 할 수 있다고 상상할 수 있는지 상상할 수 있는지 여부를 상상할 수 있는지 여부를 상상할 수 있는지 여부를 상상할 수 있는지 여부를 상상할 수 있는지 여부를 상상할 수 있습니다.
O'Malley, Leger와 그들의 동료들은 Leca를 진정으로 이해하고 게놈을 해독하고 모든 진핵 생물이 무엇인지에 대한보다 완전한 그림을 얻으려면 고대 인구가 무엇인지 이해해야한다고 주장합니다.
.하나의 세포 또는 많은?
노팅엄 대학교의 Bill Wickstead와 그의 동료들은 LECA를 재구성하려는 사람들 중 하나입니다. 그들의 노력은 프로테옴을 만드는 데 중점을 둡니다. LECA가 아마도 만들 수 있었던 단백질의 완전한 수집. 이것은 다양한 진핵 생물 계보에서 게놈과 단백질체를 가져 와서 통계를 사용하여 공통 조상에 존재했을 가능성이 가장 높은 특성을 결정하고 독립적 인 진화 혁신으로 발생했거나 계보들 사이에서 수평으로 통과되었습니다. 이와 같은 분자 생물학은 레카를 드러내는 최고의 희망을 제공합니다.
그러나이 접근법의 핵심은이 접근법의 핵심 요점은 조상 프로테옴과 게놈이 단일 세포에 있는지 또는 이들이 집단에 분포되어 있는지 여부는 엄격하게 중요하지 않다는 것입니다. 셀룰러 분할을 추적하지 않는 게놈 데이터의 통계적 외삽입니다.
Wickstead는“레카 게놈의 관점에서… LECA가 개별 세포인지 세포의 수집인지는 실제로 차이가 없다”고 Wickstead는 말했다.
그러나 O'Malley와 Wickstead가 모두 지적한 것처럼,이 차이는 의미론의 문제가 아닙니다. 현재 데이터로부터 재구성되는 게놈이 하나의 세포에 있거나 그 중 많은 곳에 퍼져 있는지 여부는 그 게놈이 어떻게 사용되었는지 이해하는 데 필수적입니다. 기본적으로 유전학과 세포 생물학의 차이라고 Wickstead는 말합니다.
그와 그의 동료들은 대부분 생물학적 능력을 이해하기 위해 Leca의 게놈과 프로테옴을 재구성하는 데 관심이 있습니다. "그러나 실제로 개별 셀 내에 존재할 수 있는지 또는 그 안에 갈등이 있기 때문에 그들을 분해 해야하는지에 대해 생각하는 것은 실제로 차이를 만듭니다."
.Leger는 LECA가 하나의 세포인지 또는 많은 사람들이 연구자들이 게놈 데이터를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것인지 아는 것에 동의합니다. "오늘날 많은 진핵 생물에 의해 일반적으로 공유되는 모든 기능을 시도하고보고, 마지막 진핵 생물 공통 조상에 존재해야했던 특징들을 재구성하려고 시도한다면, 마지막 진핵 생물 공통 조상 세포는 너무 많은 단백질을 가지고있는 마지막 진핵 생물 공통 조상 세포로 끝납니다.
보다 친숙한 유기체 인 일반적인 박테리아 대장균에서도 비슷한 문제가 발생합니다. 단일 종은 많은 유전자 균주로 나뉩니다. e의 여러 균주에서 게놈을 가져 오면. coli , 다른 균주는 다른 유전자의 유전자뿐만 아니라 다양한 세포주에 존재하거나없는 전체 유전자 패밀리를 가지고 있음이 분명합니다. 각각의 개별 박테리아에는 약 4,200 ~ 5,600 개의 유전자가있는 게놈이 있습니다. 그 중 2,200에서 3,100 사이의 어딘가에서는 모두에서 발견됩니다. coli ; 나머지는 최소 89,000 개의 가능한 "액세서리"유전자의 총 풀에서 가져옵니다. 그리고 그들은 박테리아의 핵심 존재의 중심이 아니지만 여러면에서 생존에 영향을 미칩니다. 수천 개의 액세서리 유전자의 변화는 일부 균주가 왜 악의적이고 다른 균주가 무해한 지, 어떤 균주는 특정 서식지 나 다른 사람들이 할 수없는 음식 공급원에서 생존 할 수있는 방법을 설명합니다.
액세서리 유전자는 한 균주에서 다른 균주로 수평으로 전달 될 수 있으므로 e의 총 기능을 이해하려면. coli 유기체로서, 우리는 종의 게놈 변화에 대한 완전한 그림이 필요하거나 연구자들이 Pangenome이라고 부르는 것입니다.
Pangenome의 개념은 2000 년대 초에 과학자들이 게놈의 표준화 된 설명으로 편집 된 디지털 데이터베이스의 기준 게놈 서열이 유기체의 총 유전자 변이를 포착하지 못했음을 깨달았을 때 발생했습니다. 그 이후로 과학자들은 Pangenomes도 원핵 생물 생활에서 중요한 역할을한다는 것을 깨달았습니다. 그러나 수평 유전자 전달을 통한 유전자의 공유는 진핵 생물에서는 훨씬 덜 일반적이기 때문에 Pangenomes는 진핵 종을 이해하는 것과 관련이 제한적이라고 가정되어 왔습니다.
그 견해는 천천히 변화하고 있습니다. 4 가지 의학적으로 중요한 병원성 곰팡이 종의 게놈에 대한 최근의 분석에 따르면, 그것들도 pangenomes를 가지고 있음을 발견했습니다. 그들의 게놈의 10-20 %는 항균 화합물에 대한 내성과 같은 중요한 특성을 담당하는 액세서리 유전자로 구성되어 있습니다.
.우리 종들조차도 판 게놈이 있습니다. Wickstead는“우리가 인간 게놈을 처음 시퀀싱했을 때 환상적으로 환상적으로 환상적이었습니다.‘이제 우리는 이제 모든 인간에게 청사진이 있습니다!’물론 그렇지 않았습니다. 최근의 연구에 따르면 아프리카 출신의 910 명 중 유전자의 거의 10 %가 인간 참조 게놈에 있지 않은 것으로 나타났습니다. Wickstead는“개별 게놈 내에서 유전자의 누락 된 함량은 인간의 다양성의 일부이며, 따라서 약물과 환경에 대한 반응, 그리고 모든 종류의 매우 중요한 것들이있다”고 Wickstead는 말했다.
현존하는 진핵 생물에 판 게놈이 있고 현존하는 원핵 생물도 그렇다면 초기 진핵 생물이 그렇지 않다고 생각하는 것은 이상 할 것입니다. Wickstead와 다른 과학자들이 Leca의 모습을 추론하려고 할 때 재구성하는“게놈”은 아마도 그 pangenome 일 것입니다.
그것은 코네티컷 대학교의 진화 생물 학자 J. Peter Gogarten에게 의미가 있습니다. 그에게 O'Malley, Leger 및 동료의 논문은“진핵 생물의 기원을 이해하기 위해서는 세포의 나무를 재구성하는 것을 넘어서서“게놈의 진화 역사를 설명하는 네트워크에 초점을 맞추어야 할 것”이라는 생각을 결정합니다. 그는 그가 한동안 옹호해온 것이라고 그는 말했다. 그는 LECA를 단일 세포로 보지 않고 그것을 다른 세포의 집단으로 인식하지 못하면 신비한 첫 진핵 생물에 진화론 적 역사로 더 많은 사람들에게 도움이 될 수 있다고 생각합니다.
그럼에도 불구하고, 고가르트조차도 그 추측에 한계를 설정합니다. 레카는 세포 집단 일지 모르지만, 그는 광대하고 다양한 팬 게놈을 가진 많은 인구라고 확신하지는 않습니다. FECA와 LECA 사이의 전환 중에 더 큰 인구, 더 큰 판 게놈 또는 둘 다가 발생했을 가능성이 높기 때문에 개인보다는이 조상을 인구로 보는 것이 진핵 생물의 기원을 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 Gogarten은 Leca가 존재할 때까지 상황이 더 정착되었다고 생각합니다.
Poole은 동의합니다. 그는 대부분의 전문가들이 LECA에 중요하다고 생각하는 많은 기능은 그들의 다양성에 대한 팬 게놈 설명과 호환되지 않는다고 말했다. "우리는‘두 세포에서 각각의 리보솜을 공유하고 있습니다.’라고 말하는 모델이 없습니다. 그것은 물리적으로 믿을 수 없기 때문입니다."
.그러나 과학자들이 초기 세포와 그들이 거주하는 환경에서 행동의 다양성을 더 잘 이해함에 따라 판 게놈은 더욱 관련성이 될 수 있습니다. 이것이 Leger가 Leca가 크고 다양한 Pangenome을 가지고 있었는지 여부를 고려할 가치가 있다고 생각하는 이유의 일부입니다. 특정 설탕을 처리하는 능력과 같은 신진 대사의 주요 측면은 모든 세포가 아닌 인구에 분포 될 수있었습니다. 그리고 그것은 유기체가 다른 미생물보다 더 많은 환경을 식민지화 할 수 있었을 수도 있습니다.
그렇다면, 그것은 진핵 생물이 왜 그렇게 빨리 다각화되었는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 Leger는 말합니다. 다양한 환경에 걸쳐 다양한 LECA 인구가 확산되어 많은 반 분리 소집단이 교배하기 쉽다. 그것은 오늘날 종을 식민지화 할 때 볼 수 있듯이 다양 화를 촉진하는 시나리오입니다.
그럼에도 불구하고, 다른 사람들은 레카의 판 게놈이 그렇게 큰 일이라는 회의적입니다. 오늘날 진핵 생물의 판 게놈은 원핵 생물과 비교할 때 작아서 일부 과학자들은 레카의 팬 게놈이 우리보다 크다고 의심합니다. Doolittle은“종은 판 게놈을 가지고 있고 레카는 종이며 레카는 팬 게놈을 가졌다는 데 동의 할 것이다. “그러나 나는 Leca가 나무에있는 다른 종들과 다른 종이라고 가정 할 이유가 없다. 그것은 가장 깊은 노드 일뿐입니다.”
모든 진화론의 기초
Leca의 Pangenome의 정도를 둘러싼 논쟁에도 불구하고 O'Malley와 Leger의 동료들은 Leca를 세포 집단으로 생각하는 것이 합리적이라는 데 동의합니다. 그러나 그 아이디어에 대한 푸시 백도있었습니다. O'Malley에 따르면, 일부 과학자들은 Leca가 단일 세포 여야한다고 주장하며, 하나는 분할 된 다음 몇 번이고 나뉘어 다른 모든 진핵 세포를 일으킨다 고 주장합니다. "나에게 족보 적 견해에 대한이 깊은 매력에 대해 매우 궁금한 점이있다"고 그녀는 말했다.
그녀에게 Leca를 인구로 보는 것은 그것이 어떻게 일어 났는지 진정으로 이해하는 유일한 방법과 그것이 오늘날에 살아있는 진핵 생물의 다양성을 어떻게 이끌어 냈는지 진정으로 이해하는 유일한 방법입니다. 그녀는“인구는 모든 진화론 적 추론의 기초이다. "세포의 문제가 아니며 항상 인구의 문제입니다." 그렇기 때문에 그녀와 그녀의 동료들은“진핵 생물의 역사를 재구성 할 때 인구에 대해 생각해야한다고 강조하기 위해“이것은 환경에 대한 추론에 영향을 미치기 때문에”
.LECA를 재구성하려는 시도가 특히 중요합니다. 궁극적으로 존재했던 유기체는 오늘날 진핵 생물이나 가장 가까운 살아있는 친척에서 볼 수있는 특성으로 구성되지 않았을 것입니다. 그녀는“유지되는 것을 보면 진화를 이해할 수 있는지 확실하지 않다”고 말했다. "우리는 왜 특정한 일이 길을 잃어 버렸는지 이해하기 위해 인구 단계를 이해해야합니다."
.문제는, 우리는 LECA가 어떻게 생겼는지 알 수 없다는 것입니다. 화석이나 DNA의 잔재가 그 본질을 직접 드러내지 않기 때문입니다. 최고의 게놈 방법조차도 문자 그대로 시간을 되돌릴 수 없으며 시퀀스가 어떻게 바뀌 었는지 볼 수 있습니다. Leca의 게놈 또는 Pangenome이 어떻게 생겼는지 구체적으로 결정하는 것은 기본적으로 불가능합니다.
그렇다고해서 숙고 할 가치가 없다는 의미는 아닙니다. Leca는 Wickstead가 말한 것처럼“진핵 생물의 다양성이 생겨난 원료”입니다. 그리고 우리가 경쟁 가설을 엄격하게 테스트하는 방법을 볼 수 없다고해서 앞으로 우리가 할 수 없다는 것을 의미하지는 않습니다. "나는 당시에 무엇이되었는지, 어떤 종류의 생물학이 진행되고 있는지 이해하는 것이 분명히 중요하다고 생각합니다. 계보가 그 시점에서 어떻게 진화했는지 이해하려고 노력하고 있습니다."
단순히 이러한 종류의 질문을하는 것은 Leger의 관점에서 오늘날에 살아있는 진핵 생물에 대한 우리의 이해에 차이가 있음을 보여줍니다. "우리는 여전히 미생물 진핵 생물에 대해 여전히 배워야하며, 일반적으로 그들이 어떻게 행동하는지, 그들에게 정상적인 것을 배워야한다"고 그녀는 말했다.
