Липиди на милиарди години загатват за дълга история на сложни клетки – Ars Technica

Всички живи същества, които можем да видим около нас – растения, животни и гъби – са еукариоти, съставени от сложни клетки. Техните клетки имат много вътрешни структури, заобиколени от мембрани, които държат неща като производството на енергия отделно от генетичния материал и т.н. Дори едноклетъчните организми на този клон на дървото на живота често имат покрити с мембрана структури, които се движат и пренареждат, за да се хранят.

Част от еластичността на тази мембрана се дължи на стероидите. При многоклетъчните еукариоти стеролите изпълняват различни функции; Освен всичко друго, те се използват като сигнални молекули, като естроген и тестостерон. Но всички еукариоти въвеждат различни допинги в мембраните си, които увеличават тяхната течливост и променят тяхната кривина. Така че еволюцията на метаболизма на стероидите може да бъде от решаващо значение за осигуряването на сложен живот.

Сега изследователите са проследили произхода на еукариотните стероиди до близо един милиард години в миналото. Констатациите предполагат, че много клонове на еукариотното родословно дърво някога са правили ранни версии на стероиди. Но нашият клон е развил способността да произвежда повече фини детайли – което може да ни е помогнало да изпреварим нашите роднини в конкуренцията.

Объркан график

До известна степен новата работа включва тестване на идея, предложена от биохимик преди десетилетия Конрад Блок. Блок спечели Нобелова награда за откритието си на биохимичните пътища, които позволяват на клетките да произвеждат стероиди от по-прости предци. През 1994 г. Блок предположи, че химическите междинни продукти по пътищата, които той идентифицира, са били в някакъв момент от нашите еволюционни траектории крайните продукти. Клетките биха направили тези по-малко сложни стероиди, които са изиграли решаваща роля в тяхното оцеляване; С течение на времето обаче нашият клон разработи ензими, които допълнително го модифицират по полезни начини.

Това имаше способността да има смисъл чрез различни доказателства, които не си пасваха напълно. Открихме микрофосили на възраст 1,6 милиарда години, които изглежда показват сложни клетки с повърхностни процеси, обикновено ограничени до еукариоти. Това работи добре с ДНК доказателствата, които показват, че всички настоящи еукариоти могат да бъдат проследени до общ прародител, който е съществувал преди най-малко 1,2 милиарда години, вероятно още преди 1,8 милиарда години.

Но можем също да търсим допинг в древните скали, защото молекулите са забележително стабилни. Но стероидите в днешните еукариоти не са се появили преди около милиард години – много по-късно от самите еукариоти. Тази празнина може да бъде точно обяснена, ако по-ранните еукариоти са използвали биохимичните междинни продукти на Bloch.

Точно тук Блок, въпреки че беше прав, обърка нещо голямо. Предполага се, че междинните продукти биха били химически нестабилни и следователно няма да оцелеят в утайките достатъчно дълго, за да ги открием. От тази гледна точка нямаше смисъл да се търси.

дългосрочен

Международен екип от изследователи реши, че може би си струва да тества предположението на Блок за издръжливостта на тези молекули. И така, изследователите събраха група от молекули, подложиха ги на нагряване и условия на ускорено стареене и погледнаха какво се случва. Докато те загубиха два атома от страна на цикличните структури, по-голямата част от молекулата оцеля. По-важното е, че не е известно, че други анаболни стероиди произвеждат същите молекули, когато се разграждат, така че тези древни междинни продукти могат да действат като маркери на производството на стероиди.

С тази информация изследователите са получили проби от нефт и катран от седименти, датирани в различни точки от миналото на Земята. И дори най-старият екземпляр, на 1,6 милиарда години, вече имаше много остатъци от стероидни междинни продукти. Изследователите са изолирали десетки роднини на междинни стероидни съединения, но не са открили нито една от молекулите, които бихте очаквали, ако съвременните стероиди съществуват.

Изглежда, че еукариотите също са били повсеместни. „Тези стероли са открити в сравнително дълбоки и плитки водни среди, микробни подложки и пелагични местообитания, шисти и карбонати, както и морски и вероятно езерни езера“, пишат изследователите.

Отново, първите признаци на съвременните стероиди не се появяват преди по-малко от милиард години, което показва, че еукариотите – нашите предци и други клонове на еволюционното дърво – са процъфтявали почти милиард години, използвайки молекули, които сега са просто химически междинни продукти. Различни класове модерен допинг също бавно се появяват в геоложките записи, което показва липса на иновация.

Екстремно оцеляване

Изследователите предлагат интересна идея, която поставя произхода на съвременните еукариоти в геоложките записи. Изглежда, че еукариотите са възникнали по време на геоложки период от време, наречен „скучен милиард”, което обхваща преди приблизително 1,8 до 0,8 милиарда години. През това време, както подсказва името му, не се е случило много. През по-голямата част от това време геологията е виждала континенталните плочи на Земята да се обединяват в суперконтинент, помагайки за поддържането на привидно стабилен климат в които животът изглежда има. Те реагираха на относителната стагнация, като формираха еднакво стабилни екосистеми, които се запазиха през голяма част от това време.

Докато предците на всички съвременни еукариоти биха се развили по време на скучния период от милиарди години, липсата на екологични смущения вероятно означаваше, че им е било трудно да намерят незаета екологична ниша. В светлината на това предизвикателство изследователите предполагат, че еволюцията на съвременните земноводни би могла да им даде необходимата издръжливост, за да заемат по-екстремни среди, като места, където преобладават студени или високи температури, или места като кални равнини, които периодично изсъхват. Това би означавало, че съвременните стероиди са били произведени, но само на нива, които правят откриването малко вероятно.

Скучният милиард завърши със скок в тектоничната активност и глобалните заледявания, които можеха да предизвикат бактериалния еквивалент на масово измиране. В бурната среда, която последва, способността да издържаме на екстремни условия на околната среда, разрешени от съвременните активатори, може да е дала предимство на нашите предци, позволявайки им да доведат до изчезване всички други клонове на еукариотното дърво.

Природа, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-06170-w (относно DOI).