యూకారియోట్స్: దాని ఆర్కియల్ పూర్వీకుల కథ

ప్రొకార్యోట్‌లు మరియు యూకారియోట్‌లుగా మారే సంప్రదాయ సమూహాన్ని 1977లో ఆర్‌ఆర్‌ఎన్‌ఏ సీక్వెన్స్ క్యారెక్టరైజేషన్ వెల్లడించినప్పుడు ఆర్కియా (అప్పుడు దీనిని 'ఆర్కిబాక్టీరియా' అని పిలుస్తారు) ''బ్యాక్టీరియా యూకారియోట్‌లకు బాక్టీరియాకు ఉన్నంత దూరం సంబంధం కలిగి ఉంటుందని వెల్లడించింది. యూబాక్టీరియా (అన్ని సాధారణ బ్యాక్టీరియాలను కలిగి ఉంటుంది), ఆర్కియా మరియు యూకారియోట్లు. యూకారియోట్‌ల మూలం ప్రశ్న మిగిలిపోయింది. కాలక్రమేణా, యూకారియోట్ల యొక్క పురావస్తు పూర్వీకులకు అనుకూలంగా ఆధారాలు నిర్మించడం ప్రారంభించాయి. అస్గార్డ్ ఆర్కియా వారి జన్యువులో అనేక వందల యూకారియోటిక్ సిగ్నేచర్ ప్రొటీన్లు (ESPలు) జన్యువులను కలిగి ఉన్నట్లు గుర్తించడం ప్రత్యేక ఆసక్తిని కలిగి ఉంది. సైటోస్కెలిటన్ మరియు యూకారియోట్ల సంక్లిష్ట సెల్యులార్ నిర్మాణాల లక్షణాల అభివృద్ధిలో ESPలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. 21 డిసెంబర్ 2022న ప్రచురించబడిన ఒక పురోగతి అధ్యయనంలో, క్రియో-ఎలక్ట్రాన్ టోమోగ్రఫీని ఉపయోగించి వారు చిత్రించిన అంతుచిక్కని అస్గార్డ్ ఆర్కియా యొక్క సుసంపన్నమైన సంస్కృతిని విజయవంతంగా సాగు చేసినట్లు పరిశోధకులు నివేదించారు. అస్గార్డ్ కణాలు సంక్లిష్టమైన ఆక్టిన్-ఆధారిత సైటోస్కెలిటన్‌ను కలిగి ఉన్నాయని వారు గమనించారు. ఇది యూకారియోట్‌ల యొక్క ఆర్కియల్ పూర్వీకుల యొక్క మొదటి ప్రత్యక్ష దృశ్య సాక్ష్యం, ఇది యూకారియోట్‌ల మూలాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో ఒక ముఖ్యమైన దశ.  

1977 వరకు, భూమిపై జీవ రూపాలు విభజించబడ్డాయి యుకర్యోట్స్ (బాక్టీరియా మరియు ఆర్కిబాక్టీరియాతో సహా నిర్దేశిత కేంద్రకం లేకుండా సైటోప్లాజంలో జన్యు పదార్ధంతో కూడిన సాధారణ జీవ రూపాలు) మరియు ప్రొకార్యోట్‌లు (కణంలోని జన్యు పదార్ధాలను బాగా నిర్వచించబడిన కేంద్రకంలో చేర్చడం మరియు సైటోస్కెలిటన్ ఉనికిని కలిగి ఉండే సంక్లిష్ట రూపాలు). సెల్యులార్ అని భావించారు యుకర్యోట్స్ దాదాపు 2 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ఉద్భవించింది, బహుశా ప్రొకార్యోట్‌ల నుండి. కానీ, యూకారియోట్లు సరిగ్గా ఎలా పుట్టాయి? సంక్లిష్టమైన సెల్యులార్ జీవిత రూపాలు, సరళమైన సెల్యులార్ జీవిత రూపాలతో ఎలా అనుసంధానించబడ్డాయి? ఇది జీవశాస్త్రంలో పెద్ద బహిరంగ ప్రశ్న.  

జన్యువు మరియు ప్రోటీన్ యొక్క పరమాణు జీవశాస్త్రంలో సాంకేతిక పురోగతులు, 1977లో, ఆర్కియా (అప్పుడు దీనిని 'ఆర్కిబాక్టీరియా' అని పిలుస్తారు) '' అని కనుగొనబడినప్పుడు సమస్య యొక్క ప్రధానాంశాన్ని లోతుగా పరిశోధించడానికి సహాయపడింది.బాక్టీరియాకు బాక్టీరియాతో చాలా దూరం సంబంధం కలిగి ఉంటుంది యుకర్యోట్స్. 'ప్రొకార్యోట్‌లు మరియు యూకారియోట్‌లుగా జీవ రూపాల మునుపటి వ్యత్యాసం కణ అవయవాల స్థాయిలో సమలక్షణ వ్యత్యాసాలపై ఆధారపడింది. ఫైలోజెనెటిక్ సంబంధం, బదులుగా, విస్తృతంగా పంపిణీ చేయబడిన అణువుపై ఆధారపడి ఉండాలి. రైబోసోమల్ ఆర్‌ఎన్‌ఏ (ఆర్‌ఆర్‌ఎన్‌ఏ) అనేది అన్ని స్వీయ-ప్రతిరూప వ్యవస్థలలో ఉండే జీవఅణువు మరియు దీని క్రమాలు కాలక్రమేణా చాలా తక్కువగా మారుతాయి. ఆర్‌ఆర్‌ఎన్‌ఎ సీక్వెన్స్ క్యారెక్టరైజేషన్‌పై ఆధారపడిన విశ్లేషణ యూబాక్టీరియా (అన్ని సాధారణ బాక్టీరియాలను కలిగి ఉంటుంది)లో జీవులను సమూహపరచడం అవసరం. ఆర్కియా, మరియు యూకారియోట్లు¹.  

తదనంతరం, ఆర్కియా మరియు యూకారియోట్‌ల మధ్య సన్నిహిత సంబంధానికి సంబంధించిన ఆధారాలు వెలువడడం ప్రారంభించాయి. 1983లో, ఆర్కియా యొక్క DNA-ఆధారిత RNA పాలిమరేసెస్ మరియు యుకర్యోట్స్ ఒకే రకమైనవి; రెండూ ఒకే విధమైన రోగనిరోధక రసాయన లక్షణాలను చూపుతాయి మరియు రెండూ సాధారణ పూర్వీకుల నిర్మాణం నుండి ఉద్భవించాయి². ఒక ప్రొటీన్ జత యొక్క ఊహించిన మిశ్రమ ఫైలోజెనెటిక్ చెట్టు ఆధారంగా, 1989లో ప్రచురించబడిన మరొక అధ్యయనం, యూబాక్టీరియా కంటే యూకారియోట్‌లకు ఆర్కియాకు దగ్గరి సంబంధాన్ని వెల్లడించింది.³. ఈ సమయానికి, ఆర్కియల్ మూలం యుకర్యోట్స్ స్థాపించబడింది కానీ ఖచ్చితమైన పురావస్తు జాతులను గుర్తించడం మరియు అధ్యయనం చేయడం మిగిలి ఉంది.  

విజయం తర్వాత జన్యుసంబంధ అధ్యయనాలలో వృద్ధి జన్యు ప్రాజెక్ట్, ఈ ప్రాంతానికి చాలా అవసరమైన పూరకం అందించబడింది. 2015-2020 మధ్య, అనేక అధ్యయనాలు Asgard కనుగొన్నారు ఆర్కియా యూకారియోట్ నిర్దిష్ట జన్యువులను తీసుకువెళతాయి. యూకారియోట్‌లకు ప్రత్యేకంగా పరిగణించబడే ప్రోటీన్‌ల కోసం వాటి జన్యువులు సమృద్ధిగా ఉంటాయి. ఈ అధ్యయనాలు అస్గార్డ్ ఆర్కియాకు యూకారియోట్‌కి అత్యంత సన్నిహిత జన్యు సామీప్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని స్పష్టంగా గుర్తించాయి, వాటి జన్యువులో వందలాది యూకారియోటిక్ సిగ్నేచర్ ప్రొటీన్లు (ESPలు) జన్యువులు ఉన్నాయి.  

సంక్లిష్టమైన సెల్యులార్ నిర్మాణాల ఏర్పాటులో ESPలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయని విస్తృతంగా భావించినందున ESPల పాత్రను నిర్ధారించడానికి Asgard ఆర్కియా యొక్క అంతర్గత సెల్లార్ నిర్మాణాన్ని భౌతికంగా దృశ్యమానం చేయడం తదుపరి దశ. దీని కోసం, ఈ ఆర్కియా యొక్క అత్యంత సుసంపన్నమైన సంస్కృతులు అవసరమవుతాయి, అయితే అస్గార్డ్ అంతుచిక్కని మరియు రహస్యమైనదిగా ప్రసిద్ధి చెందింది. వాటిని ప్రయోగశాలలో అధ్యయనం చేయడానికి తగినంత పెద్ద పరిమాణంలో సాగు చేయడంలో ఇబ్బందిని కలిగిస్తుంది. ఇటీవల 21 డిసెంబర్ 2022న నివేదించబడిన ఒక అధ్యయనం ప్రకారం, ఈ కష్టం ఇప్పుడు అధిగమించబడింది.  

పరిశోధకులు ఆరు సంవత్సరాల కృషిని అనుసరించి, మెరుగైన సాంకేతికతలను కలిగి ఉన్నారు మరియు ప్రయోగశాలలో విజయవంతంగా సాగు చేసారు, ఇది అత్యంత సుసంపన్నమైన సంస్కృతి.క్యాండిడేటస్ లోకియార్కియం ఒసిఫెరమ్', అస్గార్డ్ ఫైలమ్ సభ్యుడు. ఇది గొప్ప విజయం, ఎందుకంటే ఇది అస్గార్డ్ యొక్క అంతర్గత సెల్యులార్ నిర్మాణాలను దృశ్యమానం చేయడానికి మరియు అధ్యయనం చేయడానికి పరిశోధకులను ఎనేబుల్ చేసింది.    

క్రియో-ఎలక్ట్రాన్ టోమోగ్రఫీ సుసంపన్నత సంస్కృతిని చిత్రించడానికి ఉపయోగించబడింది. అస్గార్డ్ కణాలలో కోకోయిడ్ సెల్ బాడీలు మరియు బ్రాంచ్ ప్రోట్రూషన్‌ల నెట్‌వర్క్ ఉన్నాయి. సెల్ ఉపరితల నిర్మాణం సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది. సైటోస్కెలిటన్ సెల్ బాడీల అంతటా విస్తరించింది. ట్విస్టెడ్ డబుల్ స్ట్రాండెడ్ ఫిలమెంట్స్ లోకియాక్టిన్ (అనగా. ఆక్టిన్ హోమోలాగ్స్ లోకియార్చెయోటా ఎన్‌కోడ్ చేయబడింది) ఉంటాయి. అందువల్ల, అస్గార్డ్ కణాలు సంక్లిష్టమైన ఆక్టిన్-ఆధారిత సైటోస్కెలిటన్‌ను కలిగి ఉన్నాయి, పరిశోధకులు ప్రతిపాదించారు, ఇది మొదటి పరిణామానికి ముందే జరిగింది యుకర్యోట్స్.  

యూకారియోట్‌ల యొక్క పురావస్తు పూర్వీకుల మొదటి ఖచ్చితమైన భౌతిక/దృశ్య సాక్ష్యంగా, ఇది జీవశాస్త్రంలో విశేషమైన పురోగతి.

*** 

ప్రస్తావనలు:  

1. వోస్ CR మరియు ఫాక్స్ GE, 1977. ప్రొకార్యోటిక్ డొమైన్ యొక్క ఫైలోజెనెటిక్ నిర్మాణం: ప్రాధమిక రాజ్యాలు. నవంబర్ 1977లో ప్రచురించబడింది. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. హ్యూట్, జె., ఎప్పటికి 1983. ఆర్కిబాక్టీరియా మరియు యూకారియోట్‌లు ఒక సాధారణ రకం DNA-ఆధారిత RNA పాలిమరేస్‌లను కలిగి ఉంటాయి. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. ఇవాబే, ఎన్., ఎప్పటికి 1989. ఆర్కిబాక్టీరియా, యూబాక్టీరియా మరియు యూకారియోట్‌ల యొక్క పరిణామ సంబంధం నకిలీ జన్యువుల ఫైలోజెనెటిక్ చెట్ల నుండి ఊహించబడింది. ప్రోక్ నాట్ల్ అకాడ్. సైన్స్ USA 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. రోడ్రిగ్స్-ఒలివేరా, T., ఎప్పటికి. 2022. అస్గార్డ్ ఆర్కియాన్‌లో యాక్టిన్ సైటోస్కెలిటన్ మరియు కాంప్లెక్స్ సెల్ ఆర్కిటెక్చర్. ప్రచురించబడింది: 21 డిసెంబర్ 2022. ప్రకృతి (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***