چگونه این سلول‌ های شگفت‌ انگیز ممکن است منشأ حیات پیچیده را توضیح دهند؟

به گزارش گروه ترجمه رکنا به نقل از ScienceNews، آرکی‌های آسگارد ویژگی‌هایی دارند که سرنخ‌هایی از چگونگی پیدایش نخستین یوکاریوت‌ها ارائه می‌کند

در بسیاری از مناطق زیر آب، گل‌ولای تیره و کدر پناهگاه شکل‌هایی عجیب از حیات است که به نظر می‌رسد کلید حل یکی از بزرگ‌ترین رازهای حیات بر روی زمین را در خود جای داده‌اند.

 این موجودات به قلمرویی از حیات به نام «آرکی‌ها» تعلق دارند؛ میکروارگانیسم‌های تک‌سلولی که زیر میکروسکوپ شباهت زیادی به باکتری‌ها دارند. ده سال پیش، گروهی جدید از این موجودات با عنوان «آرکی‌های آسگارد» در رسوبات اقیانوس اطلس شمالی شناسایی شدند. آن‌ها هیچ شباهتی به ما ندارند: بیشتر در محیط‌هایی با اکسیژن اندک یا بدون اکسیژن زندگی می‌کنند و به طرز باورنکردنی‌ای کهن هستند، به‌گونه‌ای که تبار آن‌ها شاید به حدود سه میلیارد سال پیش بازگردد. با این حال، دی‌ان‌ای آن‌ها نشان می‌دهد که آرکی‌های آسگارد به شکلی حیرت‌آور در درخت حیات به انسان‌ها بسیار نزدیک هستند.

در سال ۲۰۱۵، پژوهشی تحول‌آفرین این فرضیه را مطرح کرد که این میکروب‌های عجیب می‌توانند منشأ پیدایش یوکاریوت‌ها را توضیح دهند؛ قلمرویی از حیات که شامل موجوداتی با سلول‌هایی دارای هسته محصور در غشا می‌شود. از آن زمان تاکنون، موجی از مطالعات علمی شواهد بیشتری ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد آرکی‌های آسگارد کلید تولد تمام اشکال شناخته‌شده حیات پیچیده هستند.

ظهور یوکاریوت‌ها یکی از مهم‌ترین رویدادها در تاریخ زمین بوده است. اگر این رخداد اتفاق نمی‌افتاد، نه کوسه‌های سفید عظیم وجود داشتند، نه درختان سرخ‌چوب سر به فلک کشیده، نه مرغ‌های مگس‌خوار معلق در هوا و نه انسان‌ها. در عوض، تنها لایه‌هایی لزج از باکتری‌ها و آرکی‌ها سراسر زمین را پوشانده بودند. و این آرکی‌های آسگارد ممکن است آغازگر همه این‌ها بوده باشند.

دنیل میلز، زمین‌زیست‌شناس دانشگاه هاینریش هاینه دوسلدورف آلمان، می‌گوید: «به نظر من، این هیجان‌انگیزترین اتفاقی است که در مدت بسیار طولانی در میکروب‌شناسی رخ داده است.»

این‌که آرکی‌های آسگارد دقیقاً چگونه به پیدایش یوکاریوت‌ها انجامیدند و چرا این رویداد در آن مقطع زمانی خاص رخ داد، هنوز موضوع بحث و بررسی گسترده پژوهشگران است. اما بر اساس شواهد موجود، به نظر می‌رسد آرکی‌های آسگارد به شیوه‌های متعددی تکامل یافته‌اند که آن‌ها را برای زایش یوکاریوت‌ها آماده کرده است. این موضوع نشان می‌دهد که منشأ حیات پیچیده بر روی زمین صرفاً نتیجه یک شانس فوق‌العاده نادر نبوده، بلکه فرآیندی بوده است که به‌تدریج در طول زمان تکاملی شکل گرفته است.

این نتیجه‌گیری به نوبه خود حاکی از آن است که حیات پیچیده ممکن است آسان‌تر از آنچه بسیاری از زیست‌شناسان تصور می‌کردند، تکامل یابد. در این صورت، اگر در جایی از کیهان حیات فرازمینی وجود داشته باشد، دست‌کم بخشی از آن ممکن است مانند ما پیچیده باشد.

نخستین سلول‌ها چه بودند؟

قدیمی‌ترین اشکال شناخته‌شده حیات، سلول‌های ساده و تک‌سلولی هستند. دو قلمروی اصلی وجود دارد: باکتری‌ها، که تا حدی به این دلیل شناخته‌شده‌اند که برخی از آن‌ها موجب بیماری می‌شوند، و آرکی‌ها که کمتر شناخته شده‌اند. دانشمندان تا دهه ۱۹۷۰ و با ظهور تحلیل دی‌ان‌ای، به‌طور کامل متوجه تفاوت بنیادین میان این دو قلمرو نشدند.

قلمروی سوم، یعنی یوکاریا، در مراحل بعدی تاریخ زمین پدیدار شد. در مقایسه با گروه‌های قدیمی‌تر، سلول‌های یوکاریوتی معمولاً بسیار بزرگ‌تر هستند و ساختار درونی پیچیده‌تری دارند. هر سلول یوکاریوتی دارای یک هسته است؛ محفظه‌ای که دی‌ان‌ای در آن ذخیره می‌شود. بیشتر این سلول‌ها همچنین دارای ساختارهای کوچکی به نام میتوکندری هستند که انرژی سلول را تأمین می‌کنند. برخلاف باکتری‌ها و آرکی‌ها، سلول‌های یوکاریوتی می‌توانند در کنار یکدیگر قرار گیرند و موجودات چندسلولی بزرگی با بافت‌های متمایزی مانند ماهیچه و استخوان بسازند.

میلـز می‌گوید: «اگر یوکاریوت‌ها هرگز پدید نمی‌آمدند، ما هم امروز وجود نداشتیم.»

تقسیم‌بندی درخت حیات

مدل‌های سنتی درخت حیات، موجودات زنده را به سه قلمرو تقسیم می‌کنند: باکتری‌ها، آرکی‌ها و یوکاریا. اما اگر نظریه‌ها درباره آرکی‌های آسگارد درست باشد، ممکن است درخت حیات به ساختاری دو قلمرویی بازآرایی شود؛ به‌گونه‌ای که یوکاریا شاخه‌ای منشعب از آرکی‌ها باشد.

این‌که یوکاریوت‌ها چگونه و چرا شکل گرفتند، پرسش‌هایی بسیار دشوار و بنیادین هستند، زیرا تفاوت میان یوکاریوت‌ها و خویشاوندان باکتریایی و آرکیایی آن‌ها بسیار عمیق است. گروهی از میکروب‌شناسان در دهه ۱۹۶۰ این شکاف را «بزرگ‌ترین ناپیوستگی تکاملی واحدی که در جهان امروزی یافت می‌شود» توصیف کردند.