Kai prieš 4 mlrd. metų Žemėje atsirado gyvybė, ji buvo itin paprasta, vertinant pagal šiuolaikinius „standartus“.
Daugiau kaip milijardą metų Žemėje dominavo bakterijos ir kiti į šiuolaikines vienaląstes bakterijas panašūs organizmai. Tačiau maždaug prieš 2 milijardus metų atsirado nauja gyvybės forma, kuri radikaliai pakeitė visą tolesnį gyvybės vystymąsi.
Kiekvienas daugialąstis organizmas – klevas, grybas, pelė ar žmogus – atsirado iš eukariotų, arba branduolį turinčių ląstelių. Tačiau patys mokslininkai dar tiksliai nežino, kaip pirmykštėse ląstelėse atsirado pirmieji branduoliai. Bandydami atsakyti į šį klausimą, tyrinėtojai iškėlė naują hipotezę apie pirmųjų eukariotinių organizmų atsiradimą. „Tai atsitiko tuomet, kai viena ląstelė įsiliejo į kitą ląstelę“, – vaizdžiai teigia biologė iš Londono Universitetinio koledžo.
Pasak mokslininkų, kurių nuomonė pateikta žurnale „Nature“ publikuotame straipsnyje, daugialąsčiai organizmai galėjo atsirasti tik tuomet, kai ląstelės susijungdavo viena su kita. Taip su laiku pirmiausiai išsivystė mitochondrijos - savotiškos mikrojėgainės, tiekiančios energiją jas turinčiai ląstelei. Anksčiau pasiūlytos hipotezės teigė, jog sudėtingi daugialąsčiai organizmai galėjo išsivystyti be mitochondrijų; jos atsirado tik vėliau. „Biologai ilgai manė, kad pirma atsirado sudėtingi organizmai, o tik po to mitochondrijos. Mes parodėme, jog šitaip būti negali. Mitochondrijos yra būtinos bet kuriam sudėtingam organizmui“, – teigia Martin, projekto bendraautorius iš Diuseldorfo universiteto.
Mitochondrijos yra kiekvieno žmogaus ar kitokio sudėtingesnio organizmo energijos šaltinis (parodytos rausvai). Jos prieš milijardus metų buvo raktas į sudėtingos daugialąstės gyvybės atsiradimą. D.Blisso ir S. Subramaniamo (NIH) nuotr.
Manoma, jog mitochondrijos galėjo atsirasti tik vieną kartą per visą Žemės istoriją. „Tai labai didelis šuolis gyvybės evoliucijoje. Tai nebuvo taip paprasta, kaip atrodo. Tarp ląstelių kažkokiu būdu turėjo įvykti simbiozė; jos turėjo dalintis gaunamais resursais, o ne konkuruoti ar siekti būti vienintele egzistuojančia ląstele“, – teigia projekto rezultatais besidomintis biologas Neilas Blackstone'as.
Pagrindinis pavojus tokioje ląstelių sintezėje atsiranda tuomet, kai įsiliejusi ląstelė tampa parazituojančia, kuri vagia ir konkuruoja dėl išteklių su pagrindine ląstele, taip ją nužudydama. Vietoje to, pasak Lane ir Martin, abi ląstelės egzistavo draugiškai. Vidinė ląstelė tapo vis daugiau ir daugiau efektyvi ir specializuota, kol galiausiai ėmėsi atlikti tik vienintelę užduotį – generuoti ląstelei reikalingą energiją. Skirtingos šių „vidinių“ ląstelių kartos iš lėto darėsi vis mažesnės, palaipsniui atsikratydamos bet kokių jos funkcionavimui palaikyti nereikalingų genų.
Atsiradus dideliems kiekiams energijos ir įvykus visiškai ląstelių simbiozei, naujoms gyvybės formoms tapo įmanoma padidinti savo DNR 1000 ar net daugiau kartų, palyginti su jų protėviais. Todėl galiausiai evoliucijos eigoje šiose ląstelėse susiformavo genetinei informacijai saugoti skirtas branduolys, t.y. atsirado pirmieji eukariotai. Savo ruožtu tai sudarė sąlygas joms išsivystyti į daug sudėtingesnius organizmus – augalus ir gyvūnus. Pasak tyrėjų, būtent dėl energijos trūkumo bakterijos ir kitos ląstelės niekad neišsivystė į sudėtingas stuktūras. Jos visad susidurdavo su energijos apribojimais, kurie neleido įgyti ir pasinaudoti tūkstančiais naujų genų, kurie padėtų tapti sudėtingomis biologinėmis struktūromis. „Tai yra svarbi evoliucinė įžvalga, kuri parodo, kaip gyvybė tapo sudėtinga, ir kaip organizmai tapo daugialąsčiai. Būtent todėl augalai ir gyvūnai, taip pat ir žmonės, yra tokie, kokius matome“, – priduria biochemikas Johnas Allenas.
