تسلط یوکاریوت ها بر اکوسیستم باستانی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، فسیل های مولکولی یافت شده در سنگ های رسوبی باستانی، دنیای گمشده ای از یوکاریوت های اولیه را نشان داده اند که از حداقل 1.6 میلیارد تا 800 میلیون سال پیش بر اکوسیستم های آبی تسلط داشتند.

این یافته ها که در Nature منتشر شد، از تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی نمونه های سنگ از سراسر جهان به دست آمد که بقایای ترکیبات اولیه به نام پروتواستروئیدها را نشان داد. به گفته محققان، اکثر این مولکول ها که در فرآیند ایجاد استروئیدها تشکیل می شوند، احتمالاً توسط یوکاریوت های اولیه تولید شده اند.

تقریباً همه یوکاریوت ها مولکول هایی به نام استروئیدها مانند کلسترول تولید می کنند که اجزای مهم غشای سلولی هستند. استروئیدها به راحتی تجزیه نمی شوند و بقایای آنها را می توان در سنگ های رسوبی به عنوان فسیل های مولکولی شناسایی کرد.

آخرین جد مشترک همه یوکاریوت ها حدود 1.2 میلیارد تا بیش از 1.8 میلیارد سال پیش زندگی می کرد. اما دانشمندان تقریباً چیزی در مورد فراوانی، اکولوژی و زیستگاه آن میکروارگانیسم های اولیه نمی دانند. فسیل های مولکولی و فیزیکی یوکاریوت ها مربوط به 800 میلیون سال پیش یافت شده است. اما در زمان دورتر، فسیل های فیزیکی آن ها کمیاب می شوند و فسیل های مولکولی استروئیدها غیرقابل شناسایی می شوند. وجود پروتواستروئیدها پیش بینی شده بود، اما مشخص نبود که چگونه به نظر می رسند - یا حتی می توان آن ها را شناسایی کرد - تا زمانی که محققان راهی برای ایجاد مجدد آن ردپای مولکولی در آزمایشگاه پیدا کردند.

کمبود فسیل های واضح یوکاریوت قبل از 800 میلیون سال پیش، دانشمندان را بر آن داشت تا حدس بزنند که اکوسیستم در آن زمان تحت سلطه باکتری ها بود. از طرف دیگر، یوکاریوت های اولیه ممکن است به سادگی از نظر تعداد برای به جا گذاشتن بقایای استروئیدی قابل تشخیص فاقد قدرت باشند.

برخی از دانشمندان توضیح متفاوتی داشتند: اگر برخی از مولکول های واسطه در مسیر شیمیایی که استروئیدهای مدرن تولید می کنند، در واقع محصول نهایی فرآیند در یوکاریوت های اولیه باشد، چه؟ این نظریه توسط بیوشیمیدان کنراد بلوخ که در سال 1964 به دلیل کشف مسیر بیوسنتزی کلسترول برنده جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی شد، ارائه شده بود.

برای آزمایش این موضوع، Jochen Brocks ژئوشیمیدان از دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا و همکارانش مولکول های ساخته شده در چند مرحله اولیه بیوسنتز استروئیدها، از جمله لانوسترول و سیکلوآرتنول را به طور مصنوعی بالغ کردند. این نشان داد که فسیل های مولکولی این ترکیبات چگونه خواهند بود. سپس محققان به دنبال این فسیل ها در قیرها و روغن های استخراج شده از سنگ های باستانی از سراسر جهان بودند.

محققان سیل پروتواستروئیدها را در نمونه هایی از محیط های آب عمیق تا نسبتا کم عمق کشف کردند. قدیمی ترین نمونه که قدمت آن به 1.6 میلیارد سال پیش بازمی گردد، از Barney Creek Formation در استرالیا آمده است.

یکی از بزرگترین معماهای تکامل اولیه این است که چرا اجداد یوکاریوتی بسیار توانمند ما بر آبراه های باستانی جهان تسلط پیدا نکردند؟ کجا پنهان شده بودند؟ بنجامین نترشیم، ژئوبیولوژیست در دانشگاه برمن در آلمان می گوید: ما نشان می دهیم که میکروارگانیسم های تولیدکننده پروتواستروئید در دید آشکار پنهان شده اند و در واقع در طول زمان در اقیانوس ها و دریاچه های باستانی جهان فراوان بوده اند.

در حالی که بیشتر باکتری ها مولکول متفاوتی به نام هوپانوئید تولید می کنند، برخی از باکتری ها نیز ابزارهای شیمیایی برای شروع تولید پروتواستروئید را دارند. اما این باکتری ها در محیط هایی مانند تراوش متان و دریچه های گرمابی وجود دارند. و ردپای مولکولی آنها در رسوبات با قدمت بیش از 800 میلیون سال یافت نشده است، که محققان را به این نتیجه رساند که یوکاریوت ها بر اکوسیستم های باستانی تسلط داشتند.

محققان پیشنهاد می کنند که ساخت این پیش سازهای استروئیدی به اکسیژن و انرژی کمتری نیاز دارد، به طوری که ممکن است یوکاریوت های اولیه مزیتی برای رشد در شرایط اولیه سخت زمین با اکسیژن کم داشته باشد.