単純な細胞と複雑な生命体の間にミッシングリンクが見つかる可能性がある

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科学者は、すべての動物、植物、菌類を構成する単純な細胞と複雑な細胞の間のミッシングリンクを発掘した可能性があります。

科学者は、Archaeaと呼ばれる単細胞生物が、核を欠く原始的な細菌と、より複雑な細胞または真核生物の間にあると考えています。それらの細菌のいとこと同様に、古細菌は核を欠いていますが、微生物には真核生物に似たDNAおよびDNA複製酵素が含まれています。

一部の科学者は、真核生物が約20億年前にこれらの中間生物から進化したと理論づけています。古代の古細菌が通過する微生物を掴み、それを細胞の腹に吸い込んで、その場しのぎの核に変えたときです。他の人は、祖先の古細菌が、自分の細胞壁から構築された放浪の「小疱」を送り出し、それをラッチして、現代のオルガネラのように機能する有用な単細胞生物、または特殊化した細胞内の器官のような構造を統合したと示唆している関数。

科学者が単純な細胞と複雑な細胞との間の移行期間の証拠をほとんど見つけていないため、この主要な進化的イベントを取り巻く詳細は不透明です。しかし現在、研究者たちは原核生物と真核生物の間の潜在的な架け橋、つまりタンパク質にコードされた驚くべき類似性を特定しました。

真核生物では、特定のタンパク質は、核に進入するために、核局在化シグナルまたはNLSとして知られる短い配列を持っています。トランスポータータンパク質はNLSと結合し、核膜の細孔を通して別の分子をエスコートします。本質的に、NLSはセルラーセキュリティバッジのように機能します。

古細菌は核を欠いているが、とにかくそれらのタンパク質のいくつかはNolecular Biology and Evolution誌で9月10日に発表された研究によると、NLSのようなバッジを持っている。著者は、NLSが核の起源よりも古く、古細菌が徐々に複雑な生命体に進化することを可能にした進化の踏み台として機能した可能性があることを示唆しています。

「自然はそれがすでに持っているものから発明する傾向がある」とイエール大学のポスドク研究者で研究の共著者である進化生物学者セルゲイ・メルニコフは言った。

これらのNLSバッジは、単純な細胞と複雑な細胞の間の中間的な形の証拠を提供します-古生物学者として鳥のような恐竜を発見したり魚を這わせるのと同等の発見であるとMelnikovはLIve Scienceに語りました。「これは古細菌に存在するという主張を述べるのはかなりユニークです...古細菌でNLSを探すべきだとは誰も考えていません」しかし、現在の研究には関与していません。

しかし、誰もが確信しているわけではありません。2人の専門家がLive Scienceに、NLSは単純な細胞がいかに複雑な細胞に進化したかを示す進化的喫煙銃ではない可能性があると語りました。

細胞の化石を掘る

骨格の遺跡を掘り下げる代わりに、メルニコフは細胞のリボソームタンパク質を掘り起こし、進化の歴史をまとめました。（リボソームはタンパク質の組み立てを助ける細胞工場です。）

メルニコフ氏は、「ユビキタスな遺伝子はほんの一握りで、あらゆる生命体に存在している」と語った。それらの保存された遺伝子の約半分はリボソームタンパク質をコードしている、と彼は説明し、タンパク質は長い進化の遺産を持ち、おそらく生命そのものの始まりにまでさかのぼることを示唆しています。真核生物では、リボソームタンパク質が核に入り、細胞質に店を構える前に修飾されます。 NLSのおかげで、核に簡単にアクセスできます。

生命の3つのドメインすべて（古細菌、細菌、ユーカリヤ）からサンプリングされたリボソームタンパク質の構造を比較することにより、メルニコフはこれらのシグネチャシーケンスを見つけることを目的としました。彼が調査した古細菌グループは、今日自然界に見られるものの1つです。

驚いたことに、メルニコフと彼の同僚は、真核生物と同様のセキュリティバッジを備えた4つの古細菌タンパク質を発掘しました。 NLSのようなシーケンスは、古細菌の複数のグループに出現したため、研究者は、この機能が古細菌の進化の歴史の初期に出現したと推定しました。（しかし、古細菌では、NLSはおそらく生物がDNAとRNAの構成要素である核酸をより簡単に識別できるようにします。真核生物のNLSもこの機能を果たしますが、タンパク質を核に入れることで知られています。）

チームはさらに、NLSが生命の王国全体で機能的に交換可能かどうかをテストし、真核生物のバッジを古細菌のバッジに交換しました。光学顕微鏡の下で、古細菌のNLSは真核生物のNLSと同じように機能し、それらの関連タンパク質に核へのVIPアクセスを許可しました。専門家によると、同じ機能を共有しているにもかかわらず、真核生物と古細菌のNLSは進化的に関連していない可能性があります。

たとえば、Iyerはこの発見について疑わしいままです。 NLSは、アミノ酸と呼ばれるたった5〜6個のタンパク質ビルディングブロックで構成されています。その短い長さと特定の化学構造のために、NLSはたまたま偶然にタンパク質に現れる可能性が高いと、IyerはLive Scienceに語った。

言い換えれば、古細菌と真核生物のシーケンスは独立してポップアップしている可能性があり、したがって進化的に関連していません。 Iyer氏は、さらなる研究により、真核生物の核に入るタンパク質と同様の追加のタンパク質で古細菌のNLSが明らかになれば、より確信が持てると述べた。

「結局のところ、これはこれらの配列が核に先行している可能性が高いことを示しているにすぎない」と英国の分子細胞生物学研究所の細胞および進化生物学者であるバズ・バウムは電子メールでLive Scienceに語った。現代の真核生物と多くの遺伝的類似性を共有する古細菌にはまだ核と細胞小器官がないため、これらのNLSが核の発達にどのようにつながったかはわかりません。