യൂക്കറിയോട്ടുകൾ: അതിന്റെ ആർക്കിയൽ വംശപരമ്പരയുടെ കഥ

1977-ൽ ആർആർഎൻഎ സീക്വൻസ് സ്വഭാവരൂപീകരണം വെളിപ്പെടുത്തിയപ്പോൾ, ജീവരൂപങ്ങളെ പ്രോകാരിയോട്ടുകളിലേക്കും യൂക്കാരിയോട്ടുകളിലേക്കുമുള്ള പരമ്പരാഗത ഗ്രൂപ്പിംഗ് പരിഷ്കരിച്ചു യൂബാക്ടീരിയയിലേക്ക് (എല്ലാ സാധാരണ ബാക്ടീരിയകളും ഉൾപ്പെടുന്നു), ആർക്കിയ, യൂക്കറിയോട്ടുകൾ. യൂക്കറിയോട്ടുകളുടെ ഉത്ഭവത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ചോദ്യം അവശേഷിച്ചു. കാലക്രമേണ, യൂക്കറിയോട്ടുകളുടെ പുരാവസ്തു വംശജർക്ക് അനുകൂലമായ തെളിവുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ തുടങ്ങി. അസ്ഗാർഡ് ആർക്കിയയുടെ ജീനോമിൽ നൂറുകണക്കിന് യൂക്കറിയോട്ടിക് സിഗ്നേച്ചർ പ്രോട്ടീനുകൾ (ഇഎസ്പി) ഉണ്ടെന്ന കണ്ടെത്തലാണ് പ്രത്യേക താൽപ്പര്യം. യൂക്കറിയോട്ടുകളുടെ സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റണിന്റെയും സങ്കീർണ്ണമായ സെല്ലുലാർ ഘടനകളുടെയും വികസനത്തിൽ ESP-കൾ നിർണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. 21 ഡിസംബർ 2022 ന് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു മികച്ച പഠനത്തിൽ, ക്രയോ-ഇലക്ട്രോൺ ടോമോഗ്രഫി ഉപയോഗിച്ച് അവർ ചിത്രീകരിച്ച അസ്ഗാർഡ് ആർക്കിയയുടെ സമ്പുഷ്ടമായ സംസ്ക്കാരം വിജയകരമായി കൃഷി ചെയ്തതായി ഗവേഷകർ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. അസ്ഗാർഡ് സെല്ലുകൾക്ക് സങ്കീർണ്ണമായ ആക്റ്റിൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ ഉണ്ടെന്ന് അവർ നിരീക്ഷിച്ചു. യൂക്കാരിയോട്ടുകളുടെ ഉത്ഭവം മനസ്സിലാക്കുന്നതിലെ സുപ്രധാന ചുവടുവയ്പ്പായ യൂക്കാരിയോട്ടുകളുടെ പുരാവസ്തു വംശപരമ്പരയുടെ ആദ്യ നേരിട്ടുള്ള ദൃശ്യ തെളിവാണിത്.  

1977 വരെ, ഭൂമിയിലെ ജീവജാലങ്ങളെ തരം തിരിച്ചിരുന്നു യൂക്കറിയോട്ടുകൾ (നന്നായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട ഒരു ന്യൂക്ലിയസിലേക്ക് കോശത്തിൻ്റെ ജനിതക പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുത്തുന്നതും സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൻ്റെ സാന്നിധ്യവും) പ്രോകാരിയോട്ടുകളും (ബാക്‌ടീരിയയും ആർക്കിബാക്‌ടീരിയയും ഉൾപ്പെടെ, നിർദ്ദിഷ്ട ന്യൂക്ലിയസുകളില്ലാതെ സൈറ്റോപ്ലാസ്‌മിലെ ജനിതക പദാർത്ഥങ്ങളുള്ള ലളിതമായ ജീവിത രൂപങ്ങൾ). സെല്ലുലാർ ആണെന്നാണ് കരുതിയത് യൂക്കറിയോട്ടുകൾ ഏകദേശം 2 ബില്യൺ വർഷങ്ങൾക്ക് മുമ്പ് പരിണമിച്ചു, ഒരുപക്ഷേ പ്രോകാരിയോട്ടുകളിൽ നിന്ന്. പക്ഷേ, യൂക്കറിയോട്ടുകൾ എങ്ങനെയാണ് ഉത്ഭവിച്ചത്? സങ്കീർണ്ണമായ സെല്ലുലാർ ജീവിത രൂപങ്ങൾ, ലളിതമായ സെല്ലുലാർ ജീവിത രൂപങ്ങളുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു? ജീവശാസ്ത്രത്തിൽ ഇതൊരു വലിയ തുറന്ന ചോദ്യമായിരുന്നു.  

ജീനിന്റെയും പ്രോട്ടീനിന്റെയും മോളിക്യുലാർ ബയോളജിയിലെ സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റങ്ങൾ, 1977-ൽ ആർക്കിയയെ (അന്ന് 'ആർക്കിബാക്ടീരിയ' എന്ന് വിളിക്കുന്നു) കണ്ടെത്തിയപ്പോൾ പ്രശ്നത്തിന്റെ കാതൽ പരിശോധിക്കാൻ സഹായിച്ചു.ബാക്‌ടീരിയയുമായി വിദൂര ബന്ധമുള്ളത് പോലെ യൂക്കറിയോട്ടുകൾ. 'ജീവരൂപങ്ങളെ പ്രോകാരിയോട്ടുകളിലേക്കും യൂക്കാരിയോട്ടുകളിലേക്കും നേരത്തെ വേർതിരിക്കുന്നത് കോശ അവയവങ്ങളുടെ തലത്തിലുള്ള ഫിനോടൈപ്പിക് വ്യത്യാസങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്. ഫൈലോജെനെറ്റിക് ബന്ധം, പകരം, വ്യാപകമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന തന്മാത്രയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതായിരിക്കണം. റൈബോസോമൽ ആർഎൻഎ (ആർആർഎൻഎ) അത്തരത്തിലുള്ള ഒരു ജൈവ തന്മാത്രയാണ്, അത് എല്ലാ സ്വയം-പകർത്ത സംവിധാനങ്ങളിലും കാണപ്പെടുന്നു, അതിന്റെ ക്രമങ്ങൾ കാലത്തിനനുസരിച്ച് വളരെ കുറച്ച് മാത്രമേ മാറുന്നുള്ളൂ. ആർആർഎൻഎ സീക്വൻസ് ക്യാരക്‌ടറൈസേഷനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വിശകലനത്തിന് ജീവജാലങ്ങളെ യൂബാക്ടീരിയയിലേക്ക് (എല്ലാ സാധാരണ ബാക്ടീരിയകളും ഉൾപ്പെടുന്ന) ഗ്രൂപ്പിംഗ് ആവശ്യമായി വന്നു. ആർക്കിയ, യൂക്കറിയോട്ടുകൾ¹.  

തുടർന്ന്, ആർക്കിയയും യൂക്കറിയോട്ടുകളും തമ്മിലുള്ള അടുത്ത ബന്ധത്തിൻ്റെ തെളിവുകൾ ഉയർന്നുവരാൻ തുടങ്ങി. 1983-ൽ, ആർക്കിയയുടെ ഡിഎൻഎ-ആശ്രിത ആർഎൻഎ പോളിമറേസുകൾ കണ്ടെത്തി യൂക്കറിയോട്ടുകൾ ഒരേ തരത്തിലുള്ളവയാണ്; രണ്ടും ഒരേപോലെയുള്ള ഇമ്മ്യൂണോകെമിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, രണ്ടും ഒരു പൊതു പൂർവ്വിക ഘടനയിൽ നിന്ന് ഉരുത്തിരിഞ്ഞതാണ്². ഒരു പ്രോട്ടീൻ ജോഡിയുടെ അനുമാനിച്ച സംയോജിത ഫൈലോജെനെറ്റിക് ട്രീയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, 1989-ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച മറ്റൊരു പഠനം, യൂബാക്റ്റീരിയയേക്കാൾ യൂക്കാരിയോട്ടുകളുമായുള്ള ആർക്കിയയുടെ അടുത്ത ബന്ധം വെളിപ്പെടുത്തി.³. ഈ സമയം, പുരാവസ്തു ഉത്ഭവം യൂക്കറിയോട്ടുകൾ സ്ഥാപിതമായെങ്കിലും കൃത്യമായ പുരാവസ്തു ഇനങ്ങളെ തിരിച്ചറിയാനും പഠിക്കാനും അവശേഷിക്കുന്നു.  

വിജയത്തെത്തുടർന്ന് ജീനോമിക് പഠനങ്ങളിലെ വളർച്ച ജനിതക പദ്ധതി, ഈ മേഖലയ്ക്ക് വളരെ ആവശ്യമായ ഒരു ഫിലിപ്പ് നൽകി. 2015-2020 കാലത്ത്, നിരവധി പഠനങ്ങൾ അസ്ഗാർഡ് കണ്ടെത്തി ആർക്കിയ യൂക്കറിയോട്ട് പ്രത്യേക ജീനുകൾ വഹിക്കുക. യൂക്കറിയോട്ടുകൾക്ക് പ്രത്യേകമായി കണക്കാക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾക്ക് അവയുടെ ജീനോമുകൾ സമ്പുഷ്ടമാണ്. നൂറുകണക്കിന് യൂക്കറിയോട്ടിക് സിഗ്നേച്ചർ പ്രോട്ടീനുകളുടെ (ഇഎസ്പി) ജീനുകളുടെ ജീനോമിന്റെ സാന്നിധ്യം മൂലം യൂക്കറിയോട്ടുമായി ഏറ്റവും അടുത്ത ജനിതക സാമീപ്യം അസ്ഗാർഡ് ആർക്കിയയ്ക്ക് ഉണ്ടെന്ന് ഈ പഠനങ്ങൾ വ്യക്തമായി തിരിച്ചറിഞ്ഞു.  

സങ്കീർണ്ണമായ സെല്ലുലാർ ഘടനകളുടെ രൂപീകരണത്തിൽ ESP-കൾ പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് പരക്കെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്ന ESP- കളുടെ പങ്ക് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നതിന് Asgard archea- യുടെ ആന്തരിക നിലവറ ഘടന ഭൗതികമായി ദൃശ്യവൽക്കരിക്കുക എന്നതായിരുന്നു അടുത്ത ഘട്ടം. ഇതിനായി, ഈ ആർക്കിയയുടെ വളരെ സമ്പുഷ്ടമായ സംസ്കാരങ്ങൾ ആവശ്യമായിരുന്നു, എന്നാൽ അസ്ഗാർഡ് അവ്യക്തവും നിഗൂഢവുമാണെന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു. ഒരു ലബോറട്ടറിയിൽ പഠിക്കാൻ ആവശ്യമായ അളവിൽ കൃഷി ചെയ്യുന്നതിൽ ബുദ്ധിമുട്ട് ഉണ്ടാക്കുന്നു. 21 ഡിസംബർ 2022-ന് അടുത്തിടെ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്ത ഒരു പഠനം അനുസരിച്ച്, ഈ ബുദ്ധിമുട്ട് ഇപ്പോൾ തരണം ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.  

ഗവേഷകർ, ആറുവർഷത്തെ കഠിനാധ്വാനത്തെത്തുടർന്ന്, മെച്ചപ്പെട്ട സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ വികസിപ്പിക്കുകയും ലബോറട്ടറിയിൽ വിജയകരമായി കൃഷി ചെയ്യുകയും ചെയ്തു.Candidatus Lokiarchaeum ossiferum', അസ്ഗാർഡ് ഫൈലം അംഗം. ഇത് ശ്രദ്ധേയമായ ഒരു നേട്ടമായിരുന്നു, കാരണം ഇത് അസ്ഗാർഡിന്റെ ആന്തരിക സെല്ലുലാർ ഘടനകളെ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കാനും പഠിക്കാനും ഗവേഷകരെ പ്രാപ്തമാക്കി.    

സമ്പുഷ്ടീകരണ സംസ്കാരം ചിത്രീകരിക്കാൻ ക്രയോ-ഇലക്ട്രോൺ ടോമോഗ്രഫി ഉപയോഗിച്ചു. അസ്ഗാർഡ് കോശങ്ങൾക്ക് കൊക്കോയ്ഡ് സെൽ ബോഡികളും ശാഖിതമായ പ്രോട്രഷനുകളുടെ ഒരു ശൃംഖലയും ഉണ്ടായിരുന്നു. സെൽ ഉപരിതല ഘടന സങ്കീർണ്ണമായിരുന്നു. സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ സെൽ ബോഡികളിലുടനീളം വ്യാപിച്ചു. വളച്ചൊടിച്ച ഡബിൾ സ്ട്രാൻഡഡ് ഫിലമെൻ്റുകളിൽ ലോകിയാക്റ്റിൻ (അതായത്, ലോകിയാർക്കിയോട്ട എൻകോഡ് ചെയ്ത ആക്റ്റിൻ ഹോമോലോഗുകൾ) ഉൾപ്പെടുന്നു. അതിനാൽ, അസ്ഗാർഡ് കോശങ്ങൾക്ക് സങ്കീർണ്ണമായ ആക്റ്റിൻ അധിഷ്ഠിത സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ ഉണ്ടായിരുന്നു, ഇത് ആദ്യത്തേതിൻ്റെ പരിണാമത്തിന് മുമ്പുള്ളതാണെന്ന് ഗവേഷകർ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. യൂക്കറിയോട്ടുകൾ.  

യൂക്കാരിയോട്ടുകളുടെ പുരാവസ്തു വംശപരമ്പരയുടെ ആദ്യത്തെ വ്യക്തമായ ഭൗതിക/ദൃശ്യ തെളിവെന്ന നിലയിൽ, ഇത് ജീവശാസ്ത്രത്തിൽ ശ്രദ്ധേയമായ പുരോഗതിയാണ്.

*** 

അവലംബം:  

1. Woese CR, Fox GE, 1977. പ്രോകാരിയോട്ടിക് ഡൊമെയ്‌നിന്റെ ഫൈലോജെനെറ്റിക് ഘടന: പ്രാഥമിക രാജ്യങ്ങൾ. 1977 നവംബറിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. ഹ്യൂറ്റ്, ജെ., Et al 1983. ആർക്കീബാക്ടീരിയയ്ക്കും യൂക്കാരിയോട്ടുകൾക്കും ഡിഎൻഎ-ആശ്രിത ആർഎൻഎ പോളിമറേസുകൾ ഉണ്ട്. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. ഇവാബെ, എൻ., Et al 1989. ഡ്യൂപ്ലിക്കേറ്റഡ് ജീനുകളുടെ ഫൈലോജെനെറ്റിക് മരങ്ങളിൽ നിന്ന് അനുമാനിച്ച ആർക്കിബാക്ടീരിയ, യൂബാക്ടീരിയ, യൂക്കറിയോട്ടുകൾ എന്നിവയുടെ പരിണാമ ബന്ധം. പ്രോ. നാറ്റ്ൽ അക്കാഡ്. ശാസ്ത്രം. യുഎസ്എ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. റോഡ്രിഗസ്-ഒലിവേര, ടി., Et al. 2022. ആക്റ്റിൻ സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റണും അസ്‌ഗാർഡ് ആർക്കിയോണിലെ സങ്കീർണ്ണമായ സെൽ ആർക്കിടെക്‌ചറും. പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്: 21 ഡിസംബർ 2022. Nature (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***