حل معمای شگفت انگیز پیدایش حیات؛ آیا انسان از یک باکتری به وجود آمده است؟

نخستین روزهای شکل گیری حیات، چیزی شبیه افسانه نورس به نظر می رسد، اما شواهد اخیر نشان داده اند که همه حیات پیچیده ای که روی کره زمین وجود دارد، از جمله حیات انسان، احتمالا حالت تکامل یافته زندگی آسگاردها (asgard) باشد. آسگاردها گروه بزرگی از میکروب ها هستند که زمانی در سراسر جهان یافت می شدند.

گویا آی تی – این میکروب ها با نام های لوکی (Loki)، اودین (Odin) و هیمدال (Heimdall) شناخته می شوند. بعد از خدایان اساطیر نورس، در یک تحقیق جدید نشان داده شده که شاید آنها جزئی از یک شجره خانوادگی باشند که ما از تکامل آن به وجود آمده ایم. این میکروبهای آسگارد، حتی ممکن است قدیمی ترین اجداد ما باشند.
بحث بر سر اینکه حیات ما تا چه حد پیچیده است، چندین قرن است که جریان دارد. روی سیاره ما، سه امپراتوری حیات وجود دارد: باکتری ها، آرکی باکتری ها (یا باکتری های باستانی که شامل باکتری های گرمادوست و سایر اکستریموفیل می شوند)، و یوکاریوت ها.

ما به همراه همه موجودات زنده چند سلولی، از جمله حیوانات، قارچ ها، و آغازیان، به امپراتوری سوم تعلق داریم: یوکاریوت ها. این امپراتوری نه تنها از دو امپراتوری دیگر پیچیده تر است، بلکه بسیار جدیدتر از آنها می باشد.

به نظر می رسد باکتری ها و آرکی باکتری ها حدود ۳٫۷ میلیارد سال پیش به وجود آمده اند، یعنی در زمان نسبتا کوتاهی بعد از پیدایش زمین، اما حدود ۱٫۵ میلیارد سال بعد از آنها یا شاید بیشتر، یوکاریوت ها پدید آمدند، و هیچ کس نمی تواند به صورت قطعی بگوید آنها از کجا آمده اند.
فرضیه اصلی آن است که یک آرکی باکتری میزبان یک باکتری بوده، و رابطه همزیستی میان این دو در نهایت منجر به پدید آمدن یوکاریوت ها شده است.
حدس میزنیم این باکتری به دسته ای به نام “آلفاپروتئوباکتریا” تعلق داشته باشد، که به مرور زمان، به میتوکندری، یعنی “نیروگاه تولید انرژی لازم برای سلول”، تبدیل شده است.
اما تا همین اواخر هیچکس هیچ ایده ای در این مورد نداشت که کدام گونه های آرکی باکتری ها این باکتری را بلعیده بودند.
یک سوال بزرگ و بسیار مهم وجود دارد: این آرکی باکتری اولیه بوده که باکتری را گرفته، یا خود آرکی باکتری پیچیده تر شده و به این شکل در آمده است؟ این همزیستی، دلیل تشکیل یوکاریوت ها بوده ، یا نتیجه آن؟

این سوال بسیار مهم است، زیرا پاسخ آن در نهایت به ما می گوید که از کجا آمده ایم. ما هر روز به پاسخ این سوال نزدیک تر می شویم.
اولین سرنخ ها در سال ۲۰۱۵ به دست آمد، زمانی که تیجس اتما (Thijs Ettema) از دانشگاه اوپسالای سوئد نوع جدیدی از آرکی باکتری ها به نام Lokiarchaeota (یا Loki به طور مختصر) را کشف کرد. این باکتری در رسوب های کف اقیانوس در ناحیه میان گرینلند و نروژ پیدا شد.

طبق گزارش اِد یانگ که در نشریه The Atlantic منتشر شده، در واقع آنها اصلا خود این سلول میکروبی را پیدا نکردند، بلکه ردپایی از DNA آن را در عمق ۲۳۰۰ متری (۷۵۴۵ فوتی) یافتند. تحلیل ژنوم آنها نشان داد آنها نزدیک ترین خویشاوندان زنده یوکاریوت ها هستند.
در سال گذشته، تیمی از دانشگاه تگزاس ایالت آستین، ردپایی از DNA یک آرکی باکتری را که ارتباط نزدیکی با آن دارد، در کارولینای شمالی یافت. این آرکی باکتری را Thorarchaeota (تور (Thor) نامیدند.

در یکی از مقالاتی که همین هفته گذشته در نشریه Nature چاپ شد و حاصل همکاری میان اتما، تیم تگزاسی و محققان دیگری از سراسر جهان بود، گزارش شد که DNA بیشتری از بستگان Loki ها در برخی از نقاط دور دست جهان، از جمله پارک ملی سنگ زرد (Yellostone)، دریچه های دریای عمیق در نزدیکی ژاپن، و یک چشمه آب گرم در نیوزیلند، پیدا شده است.
محققان در ادامه روند نامگذاری های قبلی، نام خدایان اساطیر نورس، یعنی اودین (Odin) و هیمدال (Heimdall) را بر این نمونه های تازه کشف شده گذاشتند.
وجود این چهار باکتری یافته شده کافی است تا آنها را در دسته کلی “بالاشاخه (superphylum)” قرار دهیم. محققان این دسته را آسگارد نامیده اند و می گویند ما با تکامل مستقیم آنها یا از تکامل بستگان بسیار نزدیک آنها به وجود آمده ایم.

اتما می گوید “ما با استفاده از روش های جدید دستیابی به داده های ژنومی میکروب هایی که نمی توانند در آزمایشگاه رشد کنند، یک گروه جدید را شناسایی کردیم. این گروه به سلول میزبانی مربوط می شود که سلول های یوکاریت از آن تکامل یافته اند”.
“اتفاقات بسیار هیجان انگیزی در جریان است”.
یافتن DNA این میکروب ها معنادار بود، اما اتفاق غیرمنتظره اصلی آنجا روی داد که تیم تحقیقاتی ژن های آنها را با جزئیات بیشتر مطالعه کرد و پیچیدگی های غیرمنتظره ای در آنها دید.
در گذشته تصور می شد بسیاری از ژن هایی که در گونه های آسگارد وجود دارند، منحصر به یوکاریت ها هستند؛ مانند ژن ساخت و بازسازی اسکلت داخلی، و مولوکول های انتقالی حول توده های سلولی.

گویا این آرکی باکتری ها در مسیر خود برای تبدیل شدن به یوکاریوت ها، یک باکتری را بلعیده اند، اما تیم تحقیقاتی نشان می دهد که ماجرا به این روشنی نیست، همه این ژن ها در حالتی پیدا شدند که در سراسر چهار آرکی باکتری آسگارد پراکنده شده بودند و هیچ یک از آرکی باکتری ها مجموعه کاملی از این ژنها را در خود نداشت.
یکی از اعضای تیم تحقیقاتی، آنجا اسپانگ از دانشگاه اوپسالا می گوید “این آرکی باکتری ها ابتدا ساده بودند و می خواستند به نوع پیچیده تر تبدیل شوند. اما تصویری که ما از این فرآیند داریم بسیار مبهم تر از آن است که بتوان براساس آن به طور دقیق گفت این تبدیل چگونه رخ داده است”.
آنچه که باعث شده این تحقیق ادامه یابد، آن است که تاکنون هیچ کس نتوانسته یکی از این آرکی باکتری های آسگارد را بیابد، تا بتواند در مورد آنها صحبت کند. تاکنون فقط از طریق DNA شان آنها را شناسایی کرده اند.

و این همان چیزی است که تیم تحقیقاتی روی آن کار می کند، یعنی رفتن به مناطق دور دست جهان و تلاش برای یافتن ردپایی از سلول های اصلی در میان رسوب ها، تا شاید بتوانند آرکی باکتری های آسگارد را بهتر شناسایی کنند و ببینند آنها واقعا تا چه اندازه پیچیده هستند.
اتما می گوید “اگر بتوانیم سلول های آسگارد را جدا کرده یا رشد دهیم، و آنها را زیر میکروسکوپ مطالعه کنیم، بسیار عالی خواهد شد”.
“من معتقدم که این کار نشانه های مهم تری را در مورد میزان پیچیدگی سلول های تکامل یافته به دست خواهد داد. در نهایت، اصل و نسب میکروبی ما کشف خواهد شد”.
ما روند این تحقیقات را پیگیری خواهیم کرد. پس این صفحه را دنبال کنید.

مقاله مربوط به این تحقیق در نشریه Nature به چاپ رسیده است.