शास्त्रज्ञांनी शोधून काढले की अस्गार्डियन आर्किआने पृथ्वीवर जटिल जीवन तयार करण्यापूर्वी ऑक्सिजनचा वापर केला

ऑस्टिन येथील टेक्सास विद्यापीठातील संशोधकांनी नुकताच नेचर या जर्नलमध्ये पृथ्वीवरील जीवसृष्टीच्या उत्पत्तीविषयीचा एक मूलभूत शोध प्रकाशित केला आहे. आजच्या गुंतागुंतीच्या पेशींना जन्म देणाऱ्या सिम्बायोसिसच्या खूप आधीपासून अस्गार्ड आर्किया म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या पूर्वजांच्या सूक्ष्मजीवांमध्ये ऑक्सिजनचे चयापचय करण्याची क्षमता कशी होती याचे तपशील या अभ्यासात दिले आहेत. प्रकटीकरण उत्क्रांतीच्या चरणांची समज बदलते ज्यामुळे वनस्पती, प्राणी आणि बुरशी उद्भवू शकतात.

अनुवांशिक विश्लेषण हेमडालार्चिया नावाच्या विशिष्ट गटावर केंद्रित होते, जे सर्व युकेरियोटिक जीवांचे सर्वात जवळचे सूक्ष्मजीव नातेवाईक मानले जाते. कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि सागरी गाळातून मिळवलेल्या डीएनएचे प्रगत अनुक्रम वापरून, टीमने या प्राचीन वंशांमध्ये एरोबिक श्वासोच्छवासासाठी जबाबदार जीन्स ओळखले. डेटा सूचित करतो की जटिल जीवनात संक्रमण ही अचानक घडलेली घटना नव्हती, तर रासायनिक रूपांतराची हळूहळू प्रक्रिया होती.

ऑक्सिजन-आश्रित जीवाणूंसोबत ॲनारोबिक यजमान कसे संमिश्रित होऊ शकते याविषयी दीर्घकाळ चालत आलेल्या वैज्ञानिक वादाचे निराकरण हे परिणाम करतात. पूर्वी, असे मानले जात होते की पूर्व तयारीशिवाय हे संघ जैविकदृष्ट्या विसंगत असेल. अभ्यास दर्शवितो की सामान्य पूर्वजांनी आधीच वातावरणात उपलब्ध ऑक्सिजनचे शोषण केले आहे, ज्यामुळे माइटोकॉन्ड्रिया बनलेल्या जीवाणूंचे एकत्रीकरण सुलभ होते.

या चयापचय अनुकूलनाने निर्णायक ऊर्जावान फायदे दिले. ऑक्सिजनवर प्रक्रिया करण्याच्या क्षमतेमुळे अधिक सेल्युलर ऊर्जा, मोठ्या आणि अधिक जटिल जीवांना टिकवून ठेवण्यासाठी एक अत्यावश्यक इंधन तयार करण्यास अनुमती दिली. संशोधन असे सूचित करते की ही वैशिष्ट्ये पृथ्वीच्या सुरुवातीच्या वातावरणातील बदलांना थेट प्रतिसाद म्हणून विकसित झाली.

अनुवांशिक मॅपिंग आणि कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा वापर

या निष्कर्षापर्यंत पोहोचण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी जगभरातील अनेक महासागर मोहिमांवर गोळा केलेल्या 13,000 हून अधिक नवीन सूक्ष्मजीव जीनोमचे संकलन आणि विश्लेषण केले. सेल्युलर उत्क्रांतीबद्दल संबंधित माहिती फिल्टर करण्यासाठी आणि अनुवांशिक कोडमधील लपलेले नमुने ओळखण्यासाठी सुमारे 15 टेराबाइट्स कच्च्या अनुवांशिक अनुक्रमांचा समावेश करून प्रक्रिया केलेल्या डेटाचे प्रमाण प्रचंड होते.

अल्फाफोल्ड2 साधनाचा वापर निष्कर्षांचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी निर्णायक ठरला, कारण यामुळे हेमडलार्चिया आर्कियामध्ये आढळणाऱ्या प्रथिनांच्या त्रिमितीय संरचनांचा अंदाज येऊ शकतो. या रचनांची आधुनिक जीवांच्या रचनांशी तुलना करताना, सध्याच्या ऑक्सिडेटिव्ह चयापचयात वापरल्या जाणाऱ्या प्रथिनांशी समानता दिसून आली, ज्यामुळे उत्क्रांती कनेक्शनची पुष्टी होते.

कॉम्प्लेक्स I सबयुनिट्स आणि मेम्ब्रेन हायड्रोजेनेसेस सारख्या महत्त्वपूर्ण घटकांनी अत्यंत संरक्षित कॉन्फिगरेशन दाखवले. सेल्युलर स्तरावर ऊर्जा उत्पादनासाठी एक महत्त्वपूर्ण यंत्रणा, प्रोटॉन प्रेरणा शक्तीच्या कार्यक्षम निर्मितीसाठी या संरचना मूलभूत आहेत.

शिवाय, टीम पाण्याच्या स्तंभातून आणि गाळाच्या नमुन्यांमधून शेकडो नवीन जीनोम पुनर्प्राप्त करण्यात सक्षम झाली, ज्यामुळे अस्गारदारचाओटा गटाच्या अनुवांशिक कॅटलॉगचा तीव्रपणे विस्तार झाला. 136 अतिरिक्त Heimdallarchaeia जीनोमच्या ओळखीमुळे या विशिष्ट वंशाविषयी उपलब्ध ज्ञान जवळजवळ दुप्पट झाले आहे.

ऑक्सिजन आणि उत्क्रांती फायदेशी जुळवून घेणे

सेल्युलर श्वसनामध्ये ऑक्सिजन वापरण्याची क्षमता पारंपारिक ऍनेरोबिक प्रक्रियांपेक्षा जास्त ATP – जीवनाचे ऊर्जा चलन – निर्माण करते. या अतिरिक्त कार्यक्षमतेने लाखो वर्षांपासून अधिक जटिल आणि मजबूत सेल्युलर संरचनांच्या विकासासाठी आवश्यक चयापचय समर्थन प्रदान केले, ज्यामुळे जीवन केवळ सूक्ष्म आणि साधे होण्याचे थांबू शकते.

पुराव्यांवरून असे सूचित होते की हे पुरातत्त्व उथळ किनारपट्टीच्या गाळात आणि पाण्याच्या स्तंभात राहत होते, जेथे ऑक्सिजनची पातळी भिन्न असते, अशा वातावरणात थेट उत्क्रांती अनुकूलतेस भाग पाडले जाते. खोल, ऑक्सिजन-मुक्त झोनमध्ये राहिलेल्या इतर वंशांच्या विपरीत, हेमडलार्चियाला कोनाडे सापडले जेथे एरोबिक श्वसन शक्य आणि फायदेशीर होते.

हेम बायोसिंथेसिससाठी एन्झाईम्स आणि प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजातींचे डिटॉक्सिफिकेशन यांसारख्या संरक्षण यंत्रणा देखील ओळखल्या गेल्या आहेत. ऑक्सिडेटिव्ह नुकसानापासून पेशींचे संरक्षण करण्यासाठी ही जैविक साधने आवश्यक होती, विशेषत: ग्रेट ऑक्सिडेशन इव्हेंट म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या काळात, ज्याने ग्रहाच्या रसायनशास्त्रात आमूलाग्र बदल केला.

एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांताची पुनर्रचना

प्रमुख वैज्ञानिक मॉडेल एंडोसिम्बायोसिसद्वारे युकेरियोट्सच्या उत्पत्तीचे वर्णन करते, जेथे पुरातत्त्वाने एक जीवाणू होस्ट केला जो अखेरीस मायटोकॉन्ड्रिया बनला. नवीन शोध या सिद्धांताला परिष्कृत करते, हे दर्शविते की यजमान एक निष्क्रिय किंवा काटेकोरपणे ॲनारोबिक जीव नाही, परंतु ऑक्सिजनच्या वापरासाठी आधीपासूनच अनुकूल आहे.

नवीन डेटासह, असे समजले आहे की Asgard होस्टकडे आंशिक एरोबिक मार्ग आहेत ज्यामुळे बॅक्टेरियाच्या सिम्बिओंटचे एकत्रीकरण आणि नियंत्रण सुलभ होते. ही चयापचय सुसंगतता फ्यूजनच्या यशाची गुरुकिल्ली ठरली असती, ज्यामुळे नवीन संकरित पेशी वाढत्या ऑक्सिजनयुक्त जगात वाढू शकते.

सुमारे 2.4 अब्ज वर्षांपूर्वी वातावरणातील ऑक्सिजनच्या पातळीत झालेली वाढ आणि युकेरियोटिक मायक्रोफॉसिल्सचा उदय यामधील तात्पुरती योगायोग या गृहितकाला बळकटी देतो. ऑक्सिजन हे केवळ पर्यावरणीय उपउत्पादन नव्हते, तर एक सक्रिय इंजिन होते जे या पुरातन वंशांमधून जैविक जटिलता आणते.

• Heimdallarchaeia मध्ये heme biosynthesis साठी अनुवांशिक कोड आहे.
• वंशावळ ऑक्सिडेटिव्ह नुकसानाविरूद्ध मजबूत संरक्षण यंत्रणा सादर करते.
• ओळखलेली प्रथिने माइटोकॉन्ड्रियल कॉम्प्लेक्स III आणि IV सारखी असतात.
• जीव प्राधान्याने ऑक्सिजनच्या उपस्थितीसह कोनाड्यांमध्ये आढळतात.