เหตุการณ์วิวัฒนาการที่เกิดขึ้นครั้งเดียวในรอบ 1 พันล้านปี การหลอมรวมของสิ่งมีชีวิตสองชนิด

 (newatlas.com)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2024-04-21 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

เหตุการณ์วิวัฒนาการในรอบ 1 พันล้านปีที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน: สิ่งมีชีวิตสองชนิดหลอมรวมเป็นหนึ่งเดียว

  • พบว่าสาหร่าย Braarudosphaera bigelowii ดูดกลืนไซยาโนแบคทีเรียชื่อ UCYN-A เข้าไป ซึ่งอาจเป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของวิวัฒนาการ

เอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิ: ปรากฏการณ์ที่จุลชีพกลืนจุลชีพอีกตัวหนึ่ง

  • เอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิ (primary endosymbiosis) เกิดขึ้นเมื่อจุลชีพตัวหนึ่งกลืนจุลชีพอีกตัวหนึ่ง แล้วเริ่มใช้งานมันเสมือนเป็นอวัยวะภายใน
  • เซลล์เจ้าบ้านมอบข้อได้เปรียบให้สิ่งมีชีวิตพึ่งพา เช่น สารอาหาร พลังงาน และการปกป้อง และท้ายที่สุดสิ่งมีชีวิตพึ่งพาก็ไม่อาจอยู่รอดได้ด้วยตัวเอง กลายเป็นออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ของเจ้าบ้าน

ในประวัติศาสตร์โลก เอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิเกิดขึ้นเพียงสองครั้งเท่านั้น

  • ราว 2.2 พันล้านปีก่อน อาร์เคียกลืนแบคทีเรียจนกลายเป็นไมโทคอนเดรีย นี่คือกรณีแรก และเป็นสิ่งที่ทำให้วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนทั้งหมดเป็นไปได้
  • ราว 1.6 พันล้านปีก่อน เซลล์ที่วิวัฒน์แล้วบางส่วนดูดกลืนไซยาโนแบคทีเรียที่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้ จนกลายเป็นคลอโรพลาสต์ ซึ่งมอบความสามารถในการสังเคราะห์แสงและสีเขียวให้แก่พืช

พบเอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิครั้งที่สามในสาหร่าย B. bigelowii

  • สาหร่าย B. bigelowii กลืนแบคทีเรีย UCYN-A ทำให้สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศและรวมเข้ากับธาตุอื่นเพื่อสร้างสารประกอบที่มีประโยชน์มากขึ้นได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่สาหร่ายหรือพืชทั่วไปทำไม่ได้
  • ทีมวิจัยยืนยันว่าเป็นเอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิจากสัดส่วนขนาดระหว่างเจ้าบ้านกับสิ่งมีชีวิตพึ่งพา การควบคุมการเติบโตผ่านการแลกเปลี่ยนสารอาหาร รวมถึงการซิงโครไนซ์ของการจำลองตัวและการแบ่งเซลล์
  • UCYN-A สามารถผลิตโปรตีนที่จำเป็นได้เพียงประมาณครึ่งหนึ่งเท่านั้น ส่วนที่เหลือต้องพึ่งพาสาหร่ายเจ้าบ้าน นี่เป็นหนึ่งในลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนไปเป็นออร์แกเนลล์ภายใน

การค้นพบออร์แกเนลล์ใหม่ "ไนโตรพลาสต์"

  • ทีมวิจัยระบุว่า UCYN-A เป็นออร์แกเนลล์ที่สมบูรณ์แล้ว และตั้งชื่อมันว่า "ไนโตรพลาสต์ (nitroplast)"
  • ไนโตรพลาสต์ดูเหมือนจะเริ่มวิวัฒน์ขึ้นเมื่อราว 100 ล้านปีก่อน ซึ่งถือว่าสั้นมากเมื่อเทียบกับไมโทคอนเดรียหรือคลอโรพลาสต์
  • ทีมวิจัยมีแผนศึกษาต่อว่าไนโตรพลาสต์มีอยู่ในเซลล์ชนิดอื่นด้วยหรือไม่ และส่งผลกระทบอย่างไร
  • ไนโตรพลาสต์อาจมีศักยภาพในการมอบความสามารถในการตรึงไนโตรเจนให้แก่พืช และนำไปใช้เพื่อการเพาะปลูกที่ดีขึ้นได้

ความเห็นของ GN⁺

  • เอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิเป็นเหตุการณ์ที่สำคัญอย่างยิ่งต่อวิวัฒนาการของชีวิต และการค้นพบว่าปรากฏการณ์แบบนี้ยังเกิดขึ้นได้ในปัจจุบันก็น่าสนใจมาก ควรจับตาดูว่าไนโตรพลาสต์จะมีบทบาทอย่างไรต่อไป

  • อย่างไรก็ตาม กว่าผลการวิจัยนี้จะถูกนำไปใช้จริงในภาคการเกษตร ก็น่าจะยังต้องมีการศึกษาอีกมาก การมอบความสามารถในการตรึงไนโตรเจนให้พืชผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมอาจส่งผลกระทบที่ไม่คาดคิดต่อระบบนิเวศ จึงต้องใช้ความระมัดระวัง

  • เมื่อพิจารณาว่าเอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิซึ่งเป็นต้นกำเนิดของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เกิดขึ้นเมื่อราว 1 พันล้านปีก่อน ก็พอคาดได้ว่าวิวัฒนาการของไนโตรพลาสต์ยังอยู่ในระยะเริ่มต้น จำเป็นต้องติดตามต่อไปว่าออร์แกเนลล์นี้จะวิวัฒน์อย่างไร

  • ผลการวิจัยลักษณะนี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตได้วิวัฒน์มาผ่านปฏิสัมพันธ์ที่แนบแน่นระหว่างกัน และบ่งชี้ว่าการอยู่ร่วมแบบพึ่งพากับสิ่งมีชีวิตอื่นมีบทบาทสำคัญต่อการได้มาซึ่งความสามารถใหม่

  • ดูเหมือนว่ายังจำเป็นต้องเข้าใจกลไกและเงื่อนไขที่ทำให้เอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมิเกิดขึ้นได้มากกว่านี้ เพื่อจะได้อธิบายกระบวนการแกนกลางของวิวัฒนาการชีวิต และค้นหาโอกาสในการประยุกต์ใช้ทางชีววิทยาแบบใหม่

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-04-21
ความเห็นจาก Hacker News

สรุป:

  • การอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันครั้งแรกที่กลายมาเป็นต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต อาจเป็นเหตุการณ์ที่หายากมาก ไม่ใช่ระดับหนึ่งครั้งในทุก 1 พันล้านปี แต่ใกล้เคียงกับหนึ่งครั้งในทุก 1 ล้านล้านปี หรือแม้แต่ 10^20 ปี ซึ่งอาจเป็นอุปสรรคใหญ่ต่อการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน และอาจอธิบาย Fermi paradox ได้
  • การอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันของออร์แกเนลล์ตรึงไนโตรเจนที่เพิ่งค้นพบใหม่นั้น แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อ 100 ล้านปีก่อน เพียงแต่เพิ่งถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้
  • สาหร่ายชนิดนี้ Braarudosphaera bigelowii ถูกล้อมรอบด้วยแผ่นห้าเหลี่ยม 12 แผ่น จนมีรูปร่างเป็นทรงสิบสองหน้าด้านเท่าที่สมบูรณ์แบบ เป็นสิ่งมีชีวิตที่น่าสนใจมาก
  • แมลงส่วนใหญ่มีเอนโดซิมไบออนต์ภายในที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้ จึงมีการตั้งข้อสงสัยต่อคำกล่าวอ้างที่ว่าการเกิดเอนโดซิมไบโอซิสขั้นปฐมภูมินั้นหายากถึงเพียงนั้น
  • บทความนี้ใช้พาดหัวที่หวือหวา และความจริงอาจเป็นเพียงว่าเราได้บังเอิญจับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นประมาณหนึ่งครั้งในทุก 1 พันล้านปีได้พอดี แต่โดยทั่วไปแล้วมันอาจไม่ใช่เหตุการณ์ที่ส่งผลกระทบใหญ่โตหรือเป็นที่จดจำเสมอไป
  • ข้าวโพดชนิดหนึ่งสามารถสร้างไนโตรเจนแบบ "ตรึงแล้ว" ได้ด้วยตัวเอง