동물, 식물, 곰팡이 및 원생 동물의 세포와는 달리, 그들은 모두 두드러진 특징 인 핵을 공유합니다. 그들은 에너지를 생산하는 미토콘드리아와 같은 다른 소기관을 가지고 있지만, 유전자 물질로 가득 찬 잘 정의 된 다공성 파우치 인 핵의 존재는 1925 년 생물 학자 Édouard Chatton에게 영감을주는 것이“진정한 커널”으로 살아있는 것들을 불러 일으킨다. 그는“커널 전에”생명을 위해 Arkaryotes에 라벨을 붙였습니다. 핵 모양과 비 핵 생명의 이분법은 생물학의 기본이되었습니다.
핵이 어떻게 진화하고 그 분열을 만들었는지 정확히 아무도 모릅니다. 그러나 증가하는 증거는 일부 연구자들에게 미토콘드리아를 생산했다고 생각 된 것과 매우 유사한 공생 파트너십을 통해 핵이 발생했을 수 있다는 일부 연구자들을 설득했다. 그러나 중요한 차이점은 핵을 담당하는 파트너가 전혀 세포가 아니라 바이러스가 아니라는 것입니다.
Yeast Biotechnology Company Microbiogen의 연구 책임자 인 Philip Bell은“우리가 [진핵 생물]이라는 것은 그들이 출현하는 복잡성이라고 부르는 전형적인 사례입니다. 벨은 2001 년 진핵 생물 핵의 바이러스 기원을 제안하고 9 월에 이론을 새로 고쳤다. "새로운 커뮤니티를 만들기 위해 함께 모은 세 가지 유기체입니다. 결국 새로운 생명체가 된 정도까지 통합되었습니다."
.그와 다른 연구자들은 거대한 바이러스가 원핵 생물 세포 내부에“바이러스 공장”을 구축한다는 데 시연과 같은 결과에서 자신감을 얻습니다. 핵과 마찬가지로 전사 과정 (읽기 유전자) 및 번역 (단백질 구성)을 불러 일으키는 구획. "나는 그것이 지금 가장 강력한 모델이라고 생각한다"고 그는 말했다
진핵 생물의 기원을 연구하는 대부분의 연구자들은 그와 동의하지 않을 수 있습니다. 어떤 사람들은 여전히 그것을 프린지의 아이디어로 묘사합니다. 그러나 바이러스 기원의 지지자들은 최근 몇몇 발견이 바이러스 성 모델과 편리하게 일치한다고 지적합니다.
바이러스 성 선물 또는 그리프트
과학자들은 일반적으로 진핵 생물이 25 억에서 15 억 사이에 처음으로 현장에 왔다고 생각합니다. 증거에 따르면 박테리아가 다른 종류의 원핵자 인 고원 내부에 거주하고 미토콘드리아가되었다고 증거가 시사합니다. 그러나 더 깊은 신비는 핵의 출현을 둘러싸고있다. 그 고대 고원이 이미 핵을 가진 일종의 프로토 에우 카시 테인지 또는 핵이 나중에 왔는지 여부조차 아무도 모른다.
진핵 생물 핵에 대한 기원 이야기는 그 특징들 중 몇 가지를 설명해야합니다. 초보자를위한 구조의 특성이 있습니다 :중첩 된 내부 및 외부 막과 내부를 다른 세포에 연결하는 모공. 또한 유전자의 발현을 구획화하는 호기심이 있지만 단백질의 구조를 외부로 만듭니다. 그리고 진정으로 설득력있는 기원 이야기는 또한 핵이 왜 존재하는지 설명해야합니다.
지난 세기의 대부분의 경우, 핵의 기원에 대한 추측은 이러한 질문 중 적어도 하나에 대답하지 못했습니다. 그러나 21 세기 초에 두 명의 연구원들이 독립적으로 바이러스가 핵에 책임이 있다는 생각을 내놓았습니다.
일본에서는 Masaharu Takemura (Nagoya University의 연구원)가 진화에 관심이있을 때 DNA 폴리머 라제 (세포를 복사하는 데 사용하는 효소)의 생화학을 연구하고있었습니다. “나는 진핵 생물, 박테리아, 고풍 및 바이러스 성 바이러스 성 DNA 폴리머 라제의 계통 발생 학적 분석을 수행했다. 그의 분석은 한 그룹의 바이러스 (poxviruses)가 진핵 생물로부터의 주요 중합 효소 중 하나와 놀랍게도 유사한 DNA 폴리머 라제를 가지고 있음을 밝혀냈다. 그는 진핵 생물 효소가 일부 고대 poxvirus의 기여로 시작되었다고 가정했다.
Takemura는 또한 poxvirus가 감염된 세포 내의 구획 내부를 생성하고 복제한다는 것을 알고있었습니다. 이러한 사실의 조합은 진핵 생물 세포 핵이 이러한 조상의 수두 바이러스 구획 중 하나에서 파생되었음을 이론화하게 만들었습니다. 2001 년 5 월.
한편 호주에서는 벨도 다른 이유로 비슷한 결론을 내 렸습니다. 1990 년대 초 대학원생으로서, 그는 핵의 기원, 특히 미토콘드리아와 마찬가지로 그것이 내배엽으로 시작되었을 수 있다는 생각에 관심을 가졌다. "5 분의보고와 나는‘jeez, endosymbiont라면 박테리아가 아닙니다."라고 그는 회상했다. 박테리아와 진핵 생물 게놈 사이에는 너무 많은 차이가 있었는데, 진핵 생물은 선형 염색체가 있고 박테리아가 원형을 갖는 경향이 있다는 사실을 느꼈습니다.
그러나 바이러스 게놈을 보았을 때, 그는 poxviruses와 진핵 생물의 게놈 구조 사이의 놀라운 유사성을 발견했습니다. "첫 번째 버전의 모델을 게시하는 데 9 년이 걸렸습니다."라고 그는 지적했습니다. 그런 다음 분자 진화 저널 (Journal of Molecular Evolution)에 출판 된 논문을받는 데 18 개월의 앞뒤가 걸렸습니다. … Takemura의 논문 이후 네 가지 문제.
거의 20 년 후 Takemura와 Bell은 독립적으로 가설을 업데이트했습니다. Takemura의 개정은 Frontiers in Microbiology 에 온라인으로 출판되었습니다 9 월 3 일, Bell 's in virus Research 9 월 20 일.“그는 다시 한번 해냈어.”벨이 웃으며 말했다.
두 과학자 모두 업데이트의 주요 이유 중 하나로 특별한“거대한 바이러스”그룹과 관련된 최근의 발견을 인용했습니다. 이 바이러스는 Takemura와 Bell이 초기 가설을 발표했을 때 완전히 알려지지 않았습니다. 백만 이상의 염기 쌍이있는 이들의 게놈은 크기가 작고 자유로운 살 생존 박테리아의 크기와 경쟁하며, 세포의 필수 과정에 관여하는 단백질에 대한 바이러스 버전의 유전자를 보유하고있다. (이 단백질 중 일부의 진핵 생물 버전 이이 바이러스에서 나왔다는 증거가 있습니다.)
그러나 가장 중요한 것은, 이러한 거대한 바이러스는 복합체 내부의 복잡한 세포 세포질에서 복잡한 자체 구성 구획을 복제하는데, 따라서 poxviruses와 같은 이러한 바이러스는 핵 세포질 큰 DNA 바이러스 (NCLDV)로 분류되는 이유입니다. 이 거대한 바이러스의 경우, 구획은 파리의 파스퇴르 연구소 (Pastur Institute)의 진화 생물 학자 인 패트릭 포터르 (Patrick Forterre)는“진핵 생물 핵만큼 큰 바이러스 공장”이라고 말했다. 말하자면, 진핵 생물을 감염시키는 NCLDV에 의해 만든 바이러스 공장은 또한 핵과 같은 내부 및 외부 막을 갖는다. 거대한 바이러스는 Forterre, Takemura 및 Bell이 말하는 것이 핵의 기원에 책임이 있습니다.
Forterre에 따르면 핵이 거대한 바이러스에서 나올 수있는 두 가지 가능한 방법이 있습니다. "바이러스 공장은 핵, 또는 프로토 에카 코리 제 세포가되었습니다. 바이러스에서 배웠습니다.
Takemura는 후자가 더 가능성이 높다고 생각합니다. 바이러스는 유전자 장벽의 구조와 그것을 구성하는 데 필요한 일부 유전자의 공급원으로 인해 진핵 세포에 의도하지 않은 기여자 일 가능성이 더 높습니다.
.그의 가설에 따르면, 오래 전에 거대한 바이러스가 바이러스 성 공장을 건설하여 자체 게놈뿐만 아니라 Archaeon 숙주의 바이러스를 둘러싸고 있습니다. 그러나 대부분의 감염된 세포와는 달리,이 숙주는 바이러스의 장벽 건설 트릭을 훔쳐서 자체 구획을 구성했습니다. 시간이 지남에 따라,이 반년간의 장벽은 우리가 알고있는 핵으로 진화했습니다.
벨은 바이러스 성 공장이 직접 핵이 된 버전을 선호합니다. 프로세스가 오늘날 원핵 생물을 감염시키는 바이러스의 알려진 거동을 더 밀접하게 반영하기 때문입니다. “그들은 신체 걸치기의 침공과 비슷합니다 그는 말했다.
그는 고대 거대 바이러스가 고원에 감염되어 바이러스 성 공장을 세웠지 만 숙주 세포를 죽이지 않았다고 생각합니다. 대신, 구조는 주위에 달라 붙었습니다. "그리고 유전자 도둑 인 바이러스는 고풍에서 유전자를 훔쳐 게놈을 완전히 파괴했다"고 그는 설명했다. 바이러스, 특히 거대한 바이러스의 일반적인 주제입니다. 호스트에서 유전자를 가져 와서 숙주에 의존하지 않습니다. 그것은 왜 그렇게 많은 미토콘드리아 유전자가 핵으로 이동했는지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.“수년 동안 미토콘드리아에서 유전자를 훔쳐서 통제하기 시작했습니다.”
벨은“어떤면에서 바이러스는 아카이온의 세포를 망토로 착용한다”고 말했다. 그리고 그 모델이 옳다면, 그는“당신은 모든 인간 세포의 중심에서 바이러스라고 말할 수 있습니다.”
경쟁 기원
Takemura와 Bell의 초기 간행물 이후, 몇 가지 발견이 핵의 바이러스 기원에 대한 아이디어와 잘 맞았습니다. 예를 들어, 거대한 바이러스 가계도의 전체 가지가 그들의 진화에 대한 이해를 넓히고, 특히 그들이 숙주와 교환 한 필수 유전자, 또는 그들이 도난당한 경우, 어떤 경우에는 세포에 주어진 유전자와 교환 한 필수 유전자를 발견했습니다.
또한 2017 년에 연구원들은 박테리아 숙주 안에 바이러스 성 공장을 건설 한 바이러스를 발견했습니다. 그때까지 바이러스 공장은 진핵 생물을 감염시키는 바이러스에만 배타적 인 것처럼 보였으므로 원핵 생물에서 하나를 찾는 것은 핵의 형성을 시작하기 위해 오래 전에 비슷한 일이 일어날 수 있다는 생각을 강화했습니다.
.Takemura는이 바이러스의 경우“이 핵과 같은 구조는 막 기반이 아닙니다.”라고 Takemura는 말했다. 그럼에도 불구하고 그는 원핵 생물 세포 내부의 게놈 주위에 보호“구획”을 구성하는 바이러스의 인스턴스“[] 조상 진핵 세포에서…
올해, 연구원들은 세포 핵에서 발견되는 모공을 매우 연상시키는 코로나 바이러스의 이중 막 바운드 바이러스 공장에서 모공을 발견했습니다. "이 결과가 유지되고 기공 형성 단백질이 진핵 생물 게놈에서 유래되지 않았다고 가정하면 바이러스 모델에 대해 한 가지 논쟁을 맹세합니다."
그럼에도 불구하고 Baum은 바이러스가 핵의 기원과 관련이 있다는 아이디어를 사지 않습니다. 그에게 아이디어는 문제를 복잡하게 만듭니다. "진핵 생성에서 어떤 문제가 해결책으로 바이러스가 필요합니까?" 그는 썼다.
Baum은 그의 사촌과 함께 University College London의 세포 생물 학자 인 Buzz Baum과 함께 다른 가설을 제안했습니다. 핵은 실제로 조상의 외부 막의 잔재입니다. 본질적으로, 그들은 조상의 고원이 주변 세계에 도달 하고이 막의 탐색 적 블리브를 통해 박테리아와 관련이 있다고 생각합니다. 시간이 지남에 따라, Blebs는 다시 융합 될 때까지 성장하고 자랐습니다. 새로운 외부 막과 내부 막 접이식을 생성하여 다른 세포 내 구획을 일으켰습니다. David Baum은“진핵 생물의 가장 가까운 살아있는 친척은 원핵 생물과 상호 작용하는 광범위한 세포 외 돌기를 가지고있다”고 말했다.
바이러스가 진핵 생물에게 가장 중요한 핵 단백질을 주었다는 증거에 관해서는, 그의 주요 관심사는 방향성에 대해 확신하기가 매우 어렵다는 것입니다. "바이러스는 궁극적 인 클레 프라 만 니아 (Kleptomaniacs)입니다."라고 그는 말했다. “바이러스와 진핵 생물 사이의 유사성을 찾는 데 매우주의해야한다고 생각합니다. 우리는 그들이 진핵 생물에 그것을 주었는지 또는 진핵 생물이 그들에게 그것을 주었는지 모른다.”
.파리-사 클레이 대학교의 미생물 생태 학자이자 프랑스 국립 과학 연구 센터 (French National Center for Scientific Research)의 연구 책임자 인 Purificación López-García는 진핵 생물이 원래 바이러스 성 단백질에 의존한다는 것을 유사하게 알지 못합니다. "바이러스와 세포와 진핵 생물 핵 사이에 상 동성 관계가 있다는 증거는 전혀 없다"고 그녀는 말했다.
그러나 López-García는 Baums의 Blebbing 모델에 동의하지 않습니다. 그녀와 그녀의 동료들은 진핵 생물이 미토콘드리아가 될 예정된 박테리아로 시작했다고 생각하지 않습니다. 대신, 그들의 관점에서, 고원은 이미 더 큰 박테리아 안에 살고 있었으며, 이는 초기 내피 상징적 사건의 결과입니다. “그래서 우리 모델에서 핵은이 고원에서 유래 할 것이며 세포질은 박테리아에서 파생 될 것입니다.”그리고이 듀오는 미토콘드리아를 가져갔습니다.
.그러나 Takemura는 이러한 다른 가설이 결함이 있다고 말합니다. 기껏해야“핵이 나타난 현상 만 설명하기 만하면됩니다. 그것은 벨의 고집 지점이기도합니다. 그는 다른 가설 중 어느 것이 전사와 번역의 분리를 설명하는지 알지 못합니다.
Forterre는 바이러스 성 기원이 가장 의미가 있으며 가장 강력한 증거를 가지고 있다고 Forterre는 말했다. "나는 그들이 진지하다고 생각하지 않는다"고 그는 반대 이론에 대해 말했다. "바이러스 가이 이야기에서 중요한 역할을한다고 말할 것입니다."
발견 대기
Baums 및 López-García와 같은 과학자들이 Forterre의 관점에 오도록 설득하는 데 훨씬 더 많은 증거가 필요합니다. 그러나 20 년 동안 기술의 발전이 마침내 그 증거를 도달 할 수 있습니다.
올해 일본의 연구자들은 10 년이 넘는 노력을 마친 후 마침내 Lokiarchaeota를 격리하고 배양했다고 발표했다. 그것은 우리의 이러한 먼 친척을 감염시키는 바이러스를 발견하고 그 감염이 실제로 어떻게 생겼는지 정확하게 시각화 할 수있는 문을 열 수 있습니다.
"Lokiarchaeota를 감염시키는 새로운 종류의 바이러스를 찾으면 세포 안에 들어 와서 캠프를 세우고 기공을 세포질로 빠르게 촉진하기 위해 모공을 열었습니다.
벨은 거대한 바이러스의 삼위 일체가 최근 Lokiarchaeota가 발견 된 동일한 심해 퇴적물로부터 시퀀싱되었다고 지적했다. 그는 누군가이 바이러스 중 어느 것이 Archaea를 감염시킬 수 있는지 여부와 그렇다면 진핵 생물을 감염시키는 NCLDV와 유사한 바이러스 공장을 건설하는지 여부를 테스트하기를 희망합니다. 그는“게임 오버”가 될 것이라고 말했다.
Takemura도 그러한 바이러스가 존재하기를 희망합니다. "고고 세포에서 핵 유사 및 막 기반 구조를 구성하는 고풍 바이러스의 발견은 핵의 바이러스 기원에 대한 가장 강력한 증거가 될 것"이라고 그는 말했다.
그런 종류의 특별한 증거가 준비 될 때까지 바이러스 진핵 생성은 논란의 여지가있을 것입니다. 그러나 그것이 수용을위한 전투에서 승리하지 않더라도, 모든 이론의 모든 시험은 우리의 진화론 적 과거의 비트와 조각을 드러냅니다. 그리고 그로 인해 우리는 우리가 어디에서 왔는지에 대한 진실을 배우는 데 점점 더 가까워지고 있습니다.
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