พบจุลินทรีย์ที่อยู่ในภาวะชะงักงันของวิวัฒนาการมาหลายสิบล้านปี

พบจุลินทรีย์ที่อยู่ในภาวะชะงักงันของวิวัฒนาการมาหลายสิบล้านปี
พบจุลินทรีย์ที่อยู่ในภาวะชะงักงันของวิวัฒนาการมาหลายสิบล้านปี
Anonim

การวิจัยโดย Bigelow Ocean Science Laboratory ได้แสดงให้เห็นว่ากลุ่มของจุลินทรีย์ที่เลี้ยงผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากรังสีที่ทะลุทะลวงนั้นอยู่ในภาวะชะงักงันของวิวัฒนาการมาเป็นเวลาหลายล้านปี

“การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าเราต้องระวังในการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับความเร็วของวิวัฒนาการและเกี่ยวกับการตีความต้นไม้แห่งชีวิต เป็นไปได้ว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิดมีการเร่งความเร็วเชิงวิวัฒนาการเหมือนนักวิ่งระยะสั้น ในขณะที่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ นั้นช้าลง ทำให้ยากต่อการกำหนดไทม์ไลน์ระดับโมเลกุลที่เชื่อถือได้” - Eric Beckcraft ผู้เขียนนำของการศึกษาวิจัย

จุลินทรีย์ Candidatus Desulforudis audaxviator ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2008 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย Tallis Onstott ผู้เขียนร่วมของการศึกษาครั้งใหม่นี้ พบในเหมืองทองคำในแอฟริกาใต้ห่างจากพื้นผิวโลก 3 กิโลเมตร พวกมันได้รับพลังงานที่ต้องการจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีตามธรรมชาติ

พวกมันอาศัยอยู่ในโพรงที่เต็มไปด้วยน้ำภายในโขดหินในระบบนิเวศที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ ปราศจากแสงแดดและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

เนื่องจากชีววิทยาและการแยกตัวที่เป็นเอกลักษณ์ ผู้เขียนของการศึกษาใหม่นี้ต้องการทำความเข้าใจว่าจุลินทรีย์เหล่านี้มีวิวัฒนาการอย่างไร พวกเขาตรวจสอบตัวอย่างสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ลึกลงไปใต้ดิน และพบ Candidatus Desulforudis audaxviator ในไซบีเรียและหุบเขามรณะในแคลิฟอร์เนีย รวมถึงเหมืองอื่นๆ อีกหลายแห่งในแอฟริกาใต้

การค้นพบเหล่านี้ทำให้นักวิจัยมีโอกาสพิเศษในการค้นหาความแตกต่างที่เกิดขึ้นระหว่างประชากรในช่วงวิวัฒนาการหลายล้านปี

“เราต้องการใช้ข้อมูลนี้เพื่อทำความเข้าใจว่าพวกมันมีวิวัฒนาการอย่างไรและสภาพแวดล้อมใดที่นำไปสู่การดัดแปลงพันธุกรรมบางอย่าง เรานึกถึงจุลินทรีย์ราวกับว่าพวกมันเป็นชาวเกาะที่ห่างไกล - เหมือนนกฟินช์ที่ดาร์วินศึกษาในหมู่เกาะกาลาปากอส” - Ramunas Stepanauskas ผู้เขียนร่วมของการศึกษา

นักวิจัยได้ศึกษาจีโนมของจุลินทรีย์ 126 ตัวที่มาจากสามทวีปโดยใช้เครื่องมือขั้นสูงที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถอ่านพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์ได้ น่าแปลกที่พวกเขาทั้งหมดเกือบจะเหมือนกัน

อ้างอิงจากส Stepanauskas สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตกใจและทำให้พวกเขางุนงง นักวิจัยไม่พบหลักฐานว่าจุลินทรีย์สามารถเดินทางในระยะทางไกล อยู่รอดบนพื้นผิว หรืออยู่ได้นานในที่ที่มีออกซิเจน ดังนั้น ประชากรที่ต่างกันไม่สามารถทับซ้อนกันในทางใดทางหนึ่งได้

“คำอธิบายที่ดีที่สุดที่เรามีในตอนนี้คือจุลินทรีย์เหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักเนื่องจากตำแหน่งทางกายภาพของพวกมันกระจายตัวไประหว่างการล่มสลายของมหาทวีป Pangea เมื่อประมาณ 175 ล้านปีก่อน พวกมันดูเหมือนฟอสซิลที่มีชีวิตในสมัยนั้น ฟังดูบ้าและขัดแย้งกับความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของจุลินทรีย์” - Ramunas Stepanauskas

ผู้เขียนงานทราบว่าวิวัฒนาการของจุลินทรีย์ที่รู้จักเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากขึ้น ตัวอย่างเช่น E. coli วิวัฒนาการในเวลาเพียงไม่กี่ปีเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม เช่น การได้รับยาปฏิชีวนะ

นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าวิวัฒนาการที่อยู่กับที่ที่พวกเขาค้นพบนั้นเชื่อมโยงกับการป้องกันที่มีประสิทธิภาพต่อการกลายพันธุ์ในจุลินทรีย์ที่ขัดขวางรหัสพันธุกรรมของพวกมัน หากถูกต้อง นี่เป็นการค้นพบที่ล้ำค่ามาก

เอนไซม์จุลินทรีย์ที่ทำสำเนาโมเลกุลดีเอ็นเอ เรียกว่า DNA polymerase มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีคุณค่าอย่างยิ่งคือเอ็นไซม์ที่มีความเที่ยงตรงสูงหรือความสามารถในการสร้างตัวเองใหม่โดยมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างสำเนาและต้นฉบับ

“มีความต้องการ DNA polymerase สูงมากซึ่งไม่มีข้อผิดพลาดมากนัก เอนไซม์ดังกล่าวมีประโยชน์สำหรับการจัดลำดับดีเอ็นเอ การตรวจวินิจฉัย และการบำบัดด้วยยีน” Stepanauskas กล่าว

ผลการศึกษานี้อาจมีความหมายในวงกว้างและเปลี่ยนวิธีที่นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับพันธุกรรมของจุลินทรีย์และอัตราการวิวัฒนาการของพวกมัน

“ข้อมูลนี้เป็นเครื่องเตือนใจอันทรงพลังว่ากิ่งก้านของจุลินทรีย์ต่างๆ ที่เราเห็นในต้นไม้แห่งชีวิตอาจแตกต่างกันมากตั้งแต่บรรพบุรุษร่วมกันคนสุดท้าย การทำความเข้าใจสิ่งนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจประวัติศาสตร์ของชีวิตบนโลก” เบ็คคราฟต์สรุป