「片手で拍手します。無生物が人間の精神をどのように生み出したか」

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「片手で拍手します。無生物が人間の精神をどのように生み出したか」
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Anonim

今日私たちが人間と呼ぶものはすべて、無生物によって予期されていました。進化生物学者ニコライ・ククシュキンの本「片方の手のひらでたたく。無生物が人間の心をどのように生み出したか」(出版社「アルピナノンフィクション」)は、すべての生物の出現の歴史から始まり、ホモサピエンス種の出現の歴史に続き、人間の脳と意識の発達。エンライテナー賞の組織委員会は、この本を25冊の「長いリスト」に含め、その中から賞のファイナリストと受賞者が選ばれます。 N + 1は、残りの古細菌と真核生物の間の移行形態であるアスガルドの古細菌の発見と研究に捧げられた一節を読むように読者を招待しています。

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ロキ城

1970年代の遺伝子配列決定の出現とともに。生物学者は、見つけたすべての生き物を順番に並べようと急いでいました。今日、彼らは見つけられないものでさえ配列決定しています。現代の方法では、地球のサンプルを採取し、そこからギガバイトの遺伝子配列を引き出し、座って、何を配列決定し、誰に属することができるかを把握することができます。これはすべてメタゲノミクスと呼ばれます。結果は興味深い絵です。私たちが知っている種は何百万もありますが、誰も見たことがありません。一種の遺伝的暗黒物質。

2010年、このようなサンプルは、グリーンランドとノルウェーの間のロキ城と呼ばれる熱水泉から採取されました。それは、科学者によって数千の種に分類された遺伝子を含み、専門家のチーム全体が数年間略奪されていました。 2015年、Tais Ethemaのスウェーデンのバイオインフォマティクスグループは、Archeopteryxとしか比較できない4文字のコードの無限のキャンバスで発見しました。

この化石の半鳥半トカゲは、進化の伝説的なシンボルであり、種の起源の出版から2年後に最初に発見され、ダーウィンの支持者の多くから彼の理論の究極の勝利と見なされています。 Archeopteryxは、進化の2つの現代的な枝の間の古典的な「移行形態」です。同様に、ロキ城の遺伝子データベースで見つかった古細菌は、残りの古細菌と私たち真核生物の間の移行形態を表しています。

ウプサラの学者たちは、これらの古細菌をロキ城にちなんでロキ古細菌、ロキ古細菌と名付けました。彼らのファンファーレ作品は、一流のジャーナルNatureに掲載されています。わずか数か月以内に、ブレット・ベイカーが率いるアメリカの科学者は、別の同様のグループの発見を発表しました。彼らは、別のスカンジナビアの神であり、対応する映画の叙事詩の英雄に敬意を表して、笑いながらThorarchaeota、Torarchaeaと名付けました。戻る方法はありませんでした。それ以来、より多くのodinarchei、heimdallarcheiがあり、あなたが理解しているように、誰もこのパーティーを止めるつもりはありません。このすべての王国は現在、正式にアスガルドと呼ばれています-神話の世界にちなんで、これらすべての神々が互いにぶらぶらしていました。すべての真核生物はそれに属しているので、あなたと私は自分自身をアスガルド人と見なすこともできます。

Lokiarchaeaとその親戚が、私たちの微視的な過去の遺伝的始祖鳥として認識されるほど異なった理由は何ですか?それらには、真核生物の基本的な発明の1つである可動膜の遺伝子の基礎が含まれていました。

捕食者と被食者について

奇妙に聞こえるかもしれませんが、ある細菌は別の細菌を食べることはできません。そのように膜を曲げることはありません。

バクテリアが食べるためには、分子の形で栄養素を吸収しなければなりません。したがって、糖液に浮かない限り、まず何かを溶かす必要があり、次にこの溶けた物質が特殊なタンパク質の膜孔から吸収されます。これは、バクテリアの集合的な性質を部分的に説明しています。1つのバクテリアはあまり消化しませんが、たくさんあると何でも発酵できます。したがって、バクテリアはお互いを移動させ、毒を与え、ブロックすることができますが、全体を飲み込むことはできません。

私たちの細胞は完全に飲み込む技術を習得しています。このプロセスは食作用と呼ばれます。たとえば、誤って体内に入った細菌は、この細菌を膜で包む巨大な人間の細胞であるマクロファージによって攻撃されます。それはマクロファージの内側から芽を出し、泡または小胞を形成し、その中に捕獲された細菌があります。次に、小胞は、消化のための特別な細胞小器官であるマクロファージに浮かぶリソソームと融合し、細菌細胞は生きたまま溶解します。マクロファージは栄養素を吸収し、他の犯罪者を探しに行きます。

分子の観点から、この最も複雑なプロセスは、第一に、高密度の細胞壁の欠如、第二に、可動膜フレーム-細胞骨格、そして第三に、出芽および膜融合の調節された装置を必要とします。 Lokiarchaeaの遺伝子では、タンパク質の原始が発見され、真核生物の方法で膜を制御することを可能にする可能性があります。

実際、細胞をむさぼり食うことは、集合的に膜または小胞輸送と呼ばれるより広い現象の応用の1つにすぎません。一般に、これは膜が曲がり、融合し、芽を出し、さまざまな小胞、液胞、槽、およびプロセスを作成する能力です。エンドサイトーシス(食作用と同じ現象ですが、必ずしも溶解で終わるとは限りません)があります-これは、細胞が外部の物体を吸収し、それを小胞で包むときです。小胞は外膜から出芽し、内側に移動します。エキソサイトーシスがあります-これは、逆に、小胞が内側から膜に近づき、それと融合してその内容物を外側に放出するときです。これは、たとえば、神経伝達物質(ある神経細胞から別の神経細胞にメッセージを伝達するシグナル伝達分子)の放出がどのように機能するかです。

細胞外および細胞内の分子の実際の輸送におけるその役割に加えて、小胞輸送は細胞小器官の存在の理由と考えられています。バクテリアはバブルセルであり、真核生物はバブルセルです。バクテリアは細胞膜の中に他の膜を持っていません。真核生物では、唾を吐くところならどこでも、膜はいたるところにあります。それぞれが独自の特性と機能を備えたミニセル。平らな貯水槽のスタック、分岐したチューブのネットワーク、小胞小胞、2つの膜を持つ核、そしてもちろんミトコンドリア、そして時には葉緑体。

プロメテウスはロキです

最近では、日本の科学者のグループが深海古細菌の栽培に関する12年間の実験の結果を発表しました。真に日本の献身で行われたこの仕事の結果は、本物の生きているロキアルキアの初めての孤立でした。

耕作のための生物学的材料は、海底のこのガスの深海源であるメタンの浸透から取られました。メタン(CH4)は、二酸化炭素(CO2)と同様に、単一の炭素原子で構成されており、2つの酸素原子ではなく、4つの水素原子に結合しています。メタンは、酸素がない状態での有機物の分解の最終生成物です。あらゆる種類の海洋堆肥が底に沈み、酸素がうまく浸透しない密なシルトパッドとして徐々にそこに蓄積します。枕の奥には、酸素を運ぶことができない微生物(嫌気性菌、「空気のない」)が座っており、それらの上に落ちた生物圏のこれらのスクラップを食べて、メタンを放出します。それは地表に上昇し、メタンの浸透を通して水と大気に浸透します。

メタンの浸透は、無酸素状態で生命が発生する地球の珍しい場所の1つであり続けているため、科学者は、それらから最も近い古細菌の親戚の1人、つまりアスガルドの代表者を選び出すことを望んでいました。真核生物は、酸素を消費するミトコンドリアの存在下でアスガルド人の間で独特であるため、このグループの他のすべての古細菌は、酸素がない場所を探す必要があります。

ハゲタカで採取されたサンプルは、これらのソースの内部環境を再現するバイオリアクターに配置されました。栄養培地の溶液中の典型的な実験用微生物は急速に増殖し、一晩で千倍に増加します。この場合、研究者は2000日(5年半)待たなければなりませんでした。文化を最適化して浄化するのにさらに数年かかりましたが、その結果、科学者たちは目標を達成しました。彼らはついに、これまで独占的に「仮想」のロキアーケのグループの代表者を手にした試験管を手に入れました。

これまで、アスガルドの古細菌はメタゲノミクスによって研究されてきました。海底で見つかったDNAフラグメントのブラインド分析です。誰もこれらの古細菌を見たことがありません。そしてここに私達は私達の前に生きているアスガルド人を持っています、しかしただ一人ではなく、おそらく今日知られている真核生物の最も近い親類です。それは私たちのドメインの起源に関する貴重な情報源です。とにかく、そのような「生きている化石」を自分の目で見ることは、生きているネアンデルタール人に出会うようなものです。

日本の科学者たちは、このようにして分離された生物を始生代-始生代-プロメテウスと名付けました。つまり、明らかに、古細菌の神々と真核生物の間、そしておそらくスカンジナビアの神話と古代ギリシャの間の接続リンクです。プロメテウスはロキの一種であることが判明したため、これはすべて完全にばかげた混乱を引き起こします。

プロメテウスについて最初に言えることは、この生き物は卑猥に虚弱であるということです。恐ろしい捕食者がその膜を回転させる代わりに、それは小さくて不活性な単細胞であることが判明し、1回の分裂に14日から25日かかりました。予想通り、プロメテウスは呼吸できません。彼ができることはアミノ酸を処理することであり、そのために彼は適切な酵素の大規模な兵器庫を持っています。つまり、明らかに、プロメテウスは海の表面から落下する生物圏の非常にスクラップを食べています。しかし、最も興味深いのは、これでも彼は一人ではできないということです。その成功した栽培は、アミノ酸のメタンへの変換の最終段階を実行するためにシンビオントを必要とします。つまり、代謝の仲間がいなければ、プロメテウスは完全に無力です。日本の科学者の試験管で、彼は別の古細菌であるメタノゲニウムと同棲していましたが、この研究の著者は、バクテリア(将来のミトコンドリアの祖先)が夜明けの「友人」と同様の役割を果たした可能性があることを示唆しています。

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始生代-プロメテウスのもう一つの興味深い特性は、その独特の形です。これは、いくつかの分岐膜プロセスを備えた球状セルです。この形態とプロメテウスの代謝的無力感に基づいて、著者らは、内部共生の「略奪的」モデルの代替案を提案しています。彼らは、大きな細胞が小さな細胞を飲み込んで突然協力の恩恵を実感するのではなく、既存の共生が細胞の集合から集合細胞へと徐々に変化し、それによって新しい機会と能力を獲得しているのを見ています。日本の専門家を信じるなら、細胞による細胞のむさぼりは原因ではなく、古細菌とミトコンドリアの内部共生の結果です。ちなみに、この意見は、ミトコンドリアなしでは食作用は無意味であると信じている他の専門家によってすでに表明されています:獲物は単に消化することができません。

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プロメテウスによって更新されたこの真核生物発生モデルは、とりわけ、真核生物の核の起源、つまり私たちのすべての細胞の遺伝物質を取り囲む2つの膜を説明することができます。この問題に関するさまざまな見解の中で、いわゆる「アウトサイドイン」バージョンが伝統的に最も人気がありました。中央にDNAが浮かんでいる古細菌があり、この細胞の膜が深く折りたたまれて内側に曲がって広がっていました。遺伝子の周りの球体として、そしてそれらを二重の膜で囲んだ。しかし、今日、「裏返し」の反対のバージョンが人気を集めています。最初は細胞核があり、外側の細胞質はそのプロセスに由来していました。 Prometheusに分岐プロセスが存在することで、このバージョンがより妥当なものになります。

火と同盟

アスガルドの古細菌の発見により、真核生物発生の論理が明らかになり始めました。真核生物は、酸素圧下で古細菌とバクテリアの結合に由来することはほぼ確実に知られています。これに対する責任は、最終的には光合成にあります。光合成は、有毒ガスを地球に送り込み、空気のない人を隠します。一部のバクテリアは、酸素を電子伝達系の最下段として適応させることにより、酸素を解毒する方法を考え出しました。結果として生じる呼吸により、これらの生物は酸素中毒の問題を解決し、居住可能な空間を拡大するだけでなく、酸素の力を利用して栄養素の効率を高めることができました。ミトコンドリアの祖先であるこれらの進取的なバクテリアは、危険な酸素ライオンを喉で大胆につかみ、私たちの祖先の1つです。

同時に、古細菌の中には、呼吸の仕方を知らないが、可動性の曲がる膜を持っているグループがいました。おそらく、これらは自然界で最初の捕食者であり、すでに他の人の細胞全体を飲み込むことができました。恐ろしい貪欲者ではなかったのかもしれませんが、プロメテウスのように、代謝パートナーを枝分かれした触手に絡ませた病気の人たちでした。これらの生き物が何であれ、彼らは私たちの祖先でもあります。

ある時点で、これらの祖先は両方とも一緒に良いことに気づきました。バクテリアはそれを食べて後悔しない他の捕食者から保護されています、そして古細菌は一般的にチョコレートです、なぜならそれは今酸素を恐れていないだけでなく、それは突然10倍のエネルギーを持ち、それは形で解き放たれますATP酸素バクテリアの。そして、この細菌は、古細菌の細胞質に永住権を持つ半独立した細胞小器官になります。 2つのドメインが融合するこの瞬間は、3番目の真核生物の誕生と見なすことができます。 (しかし、「瞬間」は何百万年にもわたって簡単に伸びることができました。)私たちは酸素に反対した結果として現れ、最終的に私たちを何倍も強くしました。

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