ครั้งแรกในรอบหนึ่งพันล้านปี

สิ่งมีชีวิตสองรูปแบบรวมกันเป็นสิ่งมีชีวิตเดียว

 

นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบสัญญาณของเหตุการณ์สําคัญในชีวิตที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งพันล้านปี พวกเขาสังเกตเห็นเอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิ ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตสองรูปแบบที่รวมกันเป็นสิ่งมีชีวิตเดียว เหตุการณ์ที่หายากอย่างไม่น่าเชื่อนี้เกิดขึ้นระหว่างสาหร่ายทะเลชนิดหนึ่งที่อุดมสมบูรณ์และแบคทีเรียที่พบในห้องปฏิบัติการ สําหรับมุมมองพืชเริ่มจุดโลกของเราเป็นครั้งแรกในครั้งสุดท้ายที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้อธิบายไว้ในเอกสารสองฉบับที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Cell and Science

 

‘ขุมพลังของเซลล์’ และคลอโรพลาสต์มาจากไหน

เอนโดซิมไบโอซิสปฐมภูมิ เกิดขึ้นเมื่อจุลินทรีย์ตัวหนึ่งกลืนกินอีกตัวหนึ่ง จากนั้นจะเริ่มใช้สิ่งมีชีวิตที่กลืนเข้าไปเป็นอวัยวะภายในโฮสต์ให้สิ่งมีชีวิต ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า เอนโดซิมเบียนต์ ซึ่งมีประโยชน์หลายประการรวมถึงการสร้างสารอาหารพลังงานและได้รับการป้องกันจากโฮสต์ เมื่อมันไม่สามารถอยู่รอดได้ด้วยตัวเองอีกต่อไป เอนโดซิมเบียนต์ ที่ถูกกลืนจะกลายเป็นอวัยวะสําหรับโฮสต์ที่เรียกว่าออร์แกเนลล์

 

“หายากมากที่ออร์แกเนลล์เกิดขึ้นจากสิ่งเหล่านี้” Tyler Coale ผู้เขียนร่วมของการศึกษาเซลล์และนักวิชาการหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซกล่าวในแถลงการณ์ “ครั้งแรกที่เราคิดว่ามันเกิดขึ้น มันก่อให้เกิดชีวิตที่ซับซ้อนทั้งหมด”

 

เอนโดซิมไบโอซิส ที่รูปแบบชีวิตของโฮสต์กลายเป็นพื้นฐานของการทํางานของสิ่งมีชีวิตอื่นเกิดขึ้นเพียงสามครั้งที่รู้จัก กรณีทั้งหมดนี้เป็นความก้าวหน้าครั้งสําคัญสําหรับวิวัฒนาการ เนื่องจากการรวมตัวกับโฮสต์ของพวกมันกลายเป็นพื้นฐานสําหรับการดํารงอยู่ของ เอนโดซิมเบียน

 

เหตุการณ์แรกเกิด ขึ้นเมื่อประมาณ 2.2 พันล้านปีก่อน เมื่อสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เรียกว่าอาร์เคียกลืนแบคทีเรียที่กลายเป็นไมโตคอนเดรียในที่สุด ออร์แกเนลล์เฉพาะทางนี้คือสิ่งที่นักเรียนชีววิทยาทุกคนเรียนรู้คือ “ขุมพลังของเซลล์” และการก่อตัวของมันทําให้เกิดสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน และสามารถวิวัฒนาการได้

 

“ทุกอย่างซับซ้อนกว่าเซลล์แบคทีเรียเนื่องจากการดํารงอยู่ของมันในเหตุการณ์นั้น” Coale กล่าว “เมื่อพันล้านปีก่อน มันเกิดขึ้นอีกครั้งกับคลอโรพลาสต์ และนั่นทําให้เกิดพืชขึ้นมาบนโลกนี้” โคลกล่าว

 

เหตุการณ์ที่สองนี้เกิดขึ้นเมื่อเซลล์ขั้นสูงดูดซับไซยาโนแบคทีเรีย ไซยาโนแบคทีเรียสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงแดดและในที่สุดก็กลายเป็นออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ที่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงแดดได้ คลอโรพลาสต์ให้หลักการสําคัญอีกประการหนึ่งของชีววิทยา นั่นคือพืชสีเขียวที่สามารถทําอาหารจากดวงอาทิตย์ได้

 

ด้วยเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอซิสล่าสุดนี้ เป็นไปได้ว่าสาหร่ายกําลังเปลี่ยนไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศเป็นแอมโมเนียที่สามารถใช้สําหรับกระบวนการอื่นๆ ของเซลล์ได้ ซึ่งต้องการความช่วยเหลือจากแบคทีเรีย

 

เป็นออร์แกเนลล์ใหม่หรือไม่

ในบทความที่ตีพิมพ์ใน Cell ทีมนักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้กําลังเกิดขึ้นอีกครั้ง พวกเขาดูสาหร่ายชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Braarudosphaera bigelowii สาหร่ายที่กลืนกินไซยาโนแบคทีเรียทําให้มันมีพลังพิเศษของพืช โดยสามารถ สร้างไนโตรเจนได้โดยตรงจากอากาศและรวมเข้ากับองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อสร้างสารประกอบที่มีประโยชน์มากขึ้น นี่คือสิ่งที่พืชปกติไม่สามารถทําได้

 

ไนโตรเจนเป็นสารอาหารที่สําคัญมากสําหรับชีวิตที่จะดํารงอยู่และโดยปกติพืชจะได้รับมันผ่านความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันกับแบคทีเรียที่ยังคงแยกออกจากพืชหรือสาหร่าย ทีมงานคิดว่าสาหร่าย B. bigelowii มีความสัมพันธ์ทางชีวภาพแบบนี้กับแบคทีเรียที่เรียกว่า UCYN-A ความสัมพันธ์ใกล้ชิดและจริงจังมากขึ้น

 

พวกเขาพบว่าอัตราส่วนขนาดระหว่างสาหร่ายและแบคทีเรีย UCYN-A ยังคงคล้ายกันในสายพันธุ์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสาหร่าย B. bigelowii การเจริญเติบโตดูเหมือนจะถูกควบคุมโดยการแลกเปลี่ยนสารอาหารหลัก ซึ่งเชื่อมโยงการเผาผลาญของพวกมัน การซิงโครไนซ์อัตราการเติบโตนี้ทําให้นักวิจัยเรียก UCYN-A organelle-like

 

“นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นกับออร์แกเนลล์” Jonathan Zehr ผู้เขียนร่วมการศึกษาและนักสมุทรศาสตร์จุลินทรีย์ UC Santa Cruz กล่าวในแถลงการณ์ “ถ้าคุณดูที่ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ มันก็เหมือนกัน พวกมันปรับขนาดตามเซลล์”

 

ขอแนะนําไนโตรพลาสต์

เพื่อค้นหาหลักฐานเพิ่มเติมว่าแบคเทรียมนี้เป็นออร์แกเนลล์พวกเขาจําเป็นต้องมองลึกลงไปข้างใน การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ใช้การถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ขั้นสูงเพื่อดูภายในของเซลล์สาหร่าย B. bigelowii ที่มีชีวิต เปิดเผยว่าการจําลองแบบและการแบ่งเซลล์ถูกซิงโครไนซ์ระหว่างทั้งสาหร่ายโฮสต์และแบคทีเรีย UCYN-A มันให้หลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการรวมสิ่งมีชีวิตนี้ของ เอนโดซิมไบโอซิส

 

“จนถึงบทความนี้ ยังมีคําถามว่านี่ยังคงเป็น ‘เอนโดซิมไบโอนต์’ หรือมันกลายเป็นออร์แกเนลล์ที่แท้จริง?” Carolyn Larabell ผู้ร่วมวิจัยและนักวิทยาศาสตร์ประจําคณะที่ Berkeley Lab’s Biosciences Area และผู้อํานวยการศูนย์เอกซเรย์เอกซเรย์แห่งชาติกล่าวในแถลงการณ์ “เราแสดงให้เห็นด้วยการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ว่ากระบวนการจําลองแบบและการแบ่งตัวของโฮสต์สาหร่ายและเอนโดซิมเบียนท์นั้นซิงโครไนซ์ ซึ่งเป็นหลักฐานที่ชัดเจนครั้งแรก”

 

ที่มา :  https://www.popsci.com/science/two-lifeforms-merged-into-one/