با شبیه‌سازی درخت زندگی، نخستین ژن حیات کشف شد

فسیل‌ها نشان می‌دهند انفجار کامبرین در حدود ۵۸۰میلیون سال پیش، یکی از بزرگترین دوره‌های گسترش تنوع گیاهی و جانوری روی زمین بوده؛ اما شناخت شرایط پیش از این دوران تا ۳میلیارد سال پیش که حیات روی زمین شکل‌گرفته به دلیل اینکه تشکیل فسیل از جانداران تک‌سلولی چندان ساده نیست، به‌مراتب پیچیده‌تر است. شاید بازسازی یک ژنوم ترکیبی از فسیلی چندمیلیارد ساله بتواند راه بهتری باشد.

به گزارش ساینس‌دیلی، گروهی از محققان بخش زیست‌شناسی مؤسسه فناوری ماساچوست، ام.آی.تی با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای این فسیل 3میلیارد ساله را خلق کردند تا گسترش حیات و تکامل اولین اشکال آن در ابردوران پرکامبرین و دوره آرکئن بازسازی کنند. (برای مشاهده عکس بزرگ، اینحا را کلیک کنید)

اریک الم و لارنس دیوید، برای دستیابی به این نتایج اطلاعات موجود در بانک ژنوم را با استفاده از مدل ریاضی تازه‌ای که طراحی کردند تا تکامل را مدنظر قرار دهد، با هم ترکیب کردند.

مطابق این مدل خانواده‌های ژنتیکی جدیدی می‌توانند به دنیا بیایند یا در نسل‌های آینده به ارث برسند. بعضی می‌توانند جابجا شوند یا میان ارگانیسم‌های گوناگون به شکل خطی انتقال پیدا کنند. ژن‌هایی هم می‌توانند داخل ژنوم خود تقسیم شوند و دسته‌هایی شاید از میان رفته باشند.

در حقیقت این محققان هزاران ژن را از میان 100 ژنوم جدید ردیابی کردند تا به فسیلی برسند که نه‌تنها زمان شکل‌گیری حیات روی زمین را نشان می‌دهد، بلکه مشخص می‌کند کدام میکروارگانیسمها در ادامه آن دخیل بوده‌اند.

نتایج این تحقیق نشان می‌دهد حیات بین 3.3 تا 2.8میلیارد سال پیش رو به رشد گذاشته و 27درصد از تمامی ژن‌های موجود در جانداران از آن زمان وجود داشته‌اند. الم و همکارانش این کشف فوق‌العاده را انفجار دوره آرکئن نامیده‌اند.

بسیاری از ژن‌های تازه کشف شده توسط این گروه با وجود اکسیژن در ارتباطند؛ اما ظهور و توسعه این ماده در طبیعت به حدود 2.5میلیارد سال پیش برمی‌گردد که حضور اکسیژن، بزرگترین فاجعه حیاتی زمین یعنی «حادثه اکسیداسیون بزرگ» را رقم زده است. به عبارت دیگر ظهور این عنصر تازه در اتمسفر زمین که به مرگ گروه گسترده‌ای از گونه‌های بی‌هوازی حیات در این دوران منجر شده، نمی‌توانسته عامل ظهور و گسترش این ژن‌های تازه باشد.

در نتیجه الم و همکارانش این گسترش ژنتیکی را به انتقال الکترونی مدرنی نسبت می‌دهند که به نقل‌وانتقال الکترونی در غشای سلول برمی‌گردد و یکی از بخش‌های فرایند باارزش حفظ و نگهداری انرژی خورشید در گیاهان و جلبک‌ها است. این فرایند که فتوسنتز اکسیدکننده نام دارد، به ظهور و گسترش اکسیژن در جو زمین منجر شده است.

این تکامل چرخه الکترونی در آرکئن می‌تواند فعالیت‌هایی مانند فتوسنتز و تنفس را آغاز کرده باشد که سطح انرژی ایجاد و ذخیره شده روی زیست‌کره را گسترش داده‌اند و به حذف بسیاری از گونه‌های بی‌هوازی و ژنوم آنها از حیات روی زمین منجر شده‌اند.

هنوز ابهامات بسیاری وجود دارد اما تولید این دی.ان.ای ترکیبی که اسرار چندین میلیارد سال حیات را در خود جا داده و می‌تواند به کشف رمز تاریخ حیات منجر شود، اتفاق بسیار باارزشی است.

50173