Khoa học tự nhiên

Mô tả chi tiết sự tiến hóa của hệ điều hành sự sống (28/07/2014)

Một nghiên cứu mới đã bộc lộ chi tiết chưa từng có về sự tiến hóa của ribosome, một cấu trúc phân tử lớn được tìm thấy trong các tế bào của tất cả các loài.

Trong nghiên cứu mới, Williams và Anton Petrov đã so sánh cấu trúc ba chiều của ribosome từ nhiều loài sinh học phức tạp khác nhau, bao gồm cả người, nấm men, vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy dấu vết riêng trong các ribosome, nơi các cấu trúc mới đã được thêm vào bề mặt ribosome mà không thay đổi nhân ribosome đã tồn tại từ tổ tiên chung phổ quát cuối cùng. Ảnh: Loren Williams/Georgia Institute of Technology.

Khoảng 4 tỷ năm trước đây, các phân tử đầu tiên của sự sống cùng đến Trái đất thủa ban đầu và tạo thành các tiền thân của các protein và ARN hiện đại. Các nhà khoa học nghiên cứu nguồn gốc sự sống vẫn đang tìm kiếm các manh mối về việc các phản ứng đã diễn ra như thế nào. Một số manh mối này đã được tìm thấy trong ribosome.

Nhân của ribosome về cơ bản giống nhau trong tất cả các hệ thống sống, trong khi đó các vùng bên ngoài lớn hơn và trở nên phức tạp khi các loài đạt đến mức độ phức tạp. Sử dụng kỹ thuật số để bóc các lớp ribosome hiện đại trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã có thể lập mô hình các cấu trúc của ribosome nguyên thủy.

"Lịch sử của ribosome cho chúng ta biết về nguồn gốc của sự sống", Loren Williams, Giáo sư Trường Hóa và Sinh hóa của Đại học Công nghệ Georgia cho biết. "Chúng tôi đã tìm hiểu ribosome có nguồn gốc và tiến hóa như thế nào ở mức chi tiết rất nhỏ".

Trong sinh học, thông tin di truyền lưu trữ trong ADN được phiên mã thành mRNA, sau đó được đưa ra khỏi nhân tế bào. Ở tất cả các loài, các ribosome đều sử dụng mRNA như một hướng dẫn chi tiết để tạo nên tất cả các protein và enzyme cần thiết cho sự sống. Công việc của ribosome được gọi là dịch mã.

Nhân ribosome cơ bản là giống nhau ở người, nấm men, vi khuẩn và vi khuẩn cổ - trong tất cả các cơ thể sống. Nhóm nghiên cứu của Đại học Công nghệ Georgia đã chỉ ra rằng khi các sinh vật phát triển và trở nên phức tạp thì các ribosome của chúng cũng phát triển và phức tạp theo. Con người có ribosome lớn nhất và phức tạp nhất. Nhưng những thay đổi chỉ ở bên ngoài bề mặt - còn nhân ribosome của người cũng giống như nhân ribosome của vi khuẩn.

"Hệ thống dịch mã là hệ điều hành của sự sống", Williams nói. "Tại nhân của nó, ribosome là giống nhau ở mọi nơi. Ribosome là sinh học phổ quát".

Trong nghiên cứu mới, Williams và Anton Petrov đã so sánh cấu trúc ba chiều của ribosome từ nhiều loài sinh học phức tạp khác nhau, bao gồm cả người, nấm men, vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy dấu vết riêng trong các ribosome, nơi các cấu trúc mới đã được thêm vào bề mặt ribosome mà không thay đổi nhân ribosome đã tồn tại từ tổ tiên chung phổ quát cuối cùng.

Những bổ sung vào ribosome gây ra những dấu vết chèn thêm. Giống như một nhà thực vật học có thể khắc lại cành cây và nhánh trên cây để tìm hiểu về sự tăng trưởng và tuổi của nó, Petrov và Williams cho thấy những phân đoạn đã được liên tục bổ sung vào ribosome mà không làm thay đổi cấu trúc cơ bản. Nhóm nghiên cứu lật ngược quá trình thời gian để tạo ra các mô hình ribosome nguyên thủy, đơn giản.

"Chúng tôi biết được một số các quy tắc của ribosome, như sự tiến hóa có thể thay đổi ribosome miễn là nó không gây rối nhân của nó", Williams nói. "Sự tiến hóa có thể thêm vào nhiều thứ, nhưng nó không thể thay đổi những gì đã có sẵn ở đó".

Nguồn: www.vista.vn (Theo Tạp chí PNAS