מדענים עשו צעד נוסף בחקר LUCA (Last Universal Common Ancestor), האב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון המחבר את כל צורות החיים המודרניות על פני כדור הארץ. האורגניזם החד-תאי העתיק הזה, שחי לפני כ-4.2 מיליארד שנים, הפך לחוליה חשובה בשרשרת האבולוציונית, אך הוא לא היה היצור החי הראשון. LUCA מייצג את נקודת המוצא של האבולוציה הביולוגית שהולידה את מגוון האורגניזמים הקיימים כיום.
מחקר שפורסם ב טבע אקולוגיה ואבולוציה מראה ש-LUCA היה מורכב משמעותית ממה שחשבו בעבר. אורגניזם זה השתמש במימן ובפחמן דו חמצני להפקת אנרגיה, מה שאפשר לו לשרוד בתנאים שבהם לא היה חמצן. יתרה מכך, ל-LUCA היה גנום שכלל כ-2,600 חלבונים – דומה לגנום של כמה חיידקים מודרניים. המחקר חשף גם נוכחות של מערכת חיסון פרימיטיבית, מה שמרמז על מנגנוני הגנה מפותחים אפילו בשלבי האבולוציה המוקדמים ביותר.
מדענים מאמינים ש-LUCA לא היה קיים בבידוד, אלא היה חלק ממערכת אקולוגית מורכבת, באינטראקציה עם חיידקים אחרים. אולי בית הגידול שלו היה פתחי אוורור הידרותרמיים או אוקיינוסים ראשוניים רוויים כימית. אינטראקציה עם אורגניזמים מסביב יכולה לתמוך בקיומו ובהתפתחותו.
כדי לשחזר את תמונת LUCA, צוות חוקרים בראשות אדמונד מודי מאוניברסיטת בריסטול השתמשו בנתונים על 350 מינים של חיידקים ו-350 מינים של ארכאים. הם ניתחו כמעט 10,000 משפחות גנים כדי ליצור עצים אבולוציוניים ולקבוע אילו גנים היו בסבירות גבוהה שייכים ל-LUCA. כתוצאה מכך זוהו 399 גנים שהיו חלק מהגנום של אב קדמון, והסתברויות חושבו גם לאלפי גנים אחרים כדי לקבל את התמונה המדויקת ביותר שאפשר.
גילו של LUCA מוערך ב-4.2 מיליארד שנים, שחופף לתקופת הפצצת האסטרואידים הפעילה על כדור הארץ. הזמן הזה נחשב קשה מדי לכל החיים, אבל LUCA וצאצאיו הצליחו לשרוד ואף לפתח מנגנונים ביולוגיים מורכבים. כמה מדענים מאמינים שהאבולוציה בתנאים כאלה התרחשה הרבה יותר מהר ממה שחשבו בעבר.
עם זאת, עדיין יש מחלוקת סביב עידן LUCA ומורכבותו. לְדוּגמָה, פטריק פורטר ממכון פסטר מאמין שכדור הארץ היה צריך יותר זמן להתקרר לאחר היווצרות הירח כדי לתמוך בחיים. זה גם מצביע על הבדלים בממברנות התא ובמנגנוני שכפול ה-DNA בין חיידקים לארכיאה שיכולים להצביע על כך ש-LUCA היה פשוט יותר ממה שהמחקר החדש מציע.
למרות המחלוקת, ממצאי המחקר שופכים אור על האפשרות של חיים בסביבות קיצוניות. לטענת החוקרים, צורות חיים כאלה יכלו להיווצר בכוכבי לכת אחרים בעלי מאפיינים דומים. גילוי זה גם מעורר עניין בחיפוש נוסף אחר עקבות של LUCA בגנים וחלבונים עתיקים כדי להבין טוב יותר את תפקודו ואת תפקידו האבולוציוני.
עבודת החוקרים היא רק הצעד הראשון לקראת שחזור מדויק יותר של LUCA. הם מדגישים כי נתונים חדשים יכולים לאשש או להפריך ממצאים בודדים. בכל מקרה, חקר ה-LUCA ממשיך להיות המפתח להבנת ההיסטוריה האבולוציונית של החיים על פני כדור הארץ, אלא גם את הסיכויים לחיפוש אחר חיים בחלקים אחרים של היקום.
מדענים פיתחו טכנולוגיה המאפשרת ליונים – אטומים טעונים – לנוע מהר פי עשרה מאשר במים. תגלית זו, המכונה "הכביש המהיר היוני", עשויה לספק את הבסיס לפתרונות טכנולוגיים חדשים, כולל טעינת סוללות מהירה יותר, חיישנים ביו מתקדמים ורובוטיקה רכה.
ההישג התאפשר הודות לתכנון מולקולרי מדויק. החוקרים השתמשו במולקולות מיוחדות שמרכזות יונים לאורך ננו-תעלות בחומר מוליך. ערוצים כאלה מאפשרים ליונים לנוע ללא הפרעות, מה שמאיץ משמעותית את זרימתם. המנגנון נוצר בהשראת תהליכים טבעיים, במיוחד כיצד תאים מווסתים את זרימת היונים על פני הממברנות שלהם.
כדי ליצור ננו-תעלות, נעשה שימוש במולקולות בעלות תכונות הידרופיליות או הידרופוביות. מולקולות הידרופיליות האיצו את זרימת היונים למהירות שיא, בעוד מולקולות הידרופוביות חסמו לחלוטין את הגישה שלהן. יתרה מכך, תגובות כימיות אפשרו להחליף מולקולות בין מצבים הידרופיליים להידרופוביים, מה שפתח את האפשרות לשלוט בתנועת היונים.
טכנולוגיה זו כבר מצאה יישום ביצירת חיישנים. הם מגיבים לשינויים כימיים כמו זיהום או תגובות ביולוגיות על ידי זיהוי הפרעות בזרימת היונים. זה יכול לשמש לניטור סביבתי, לימוד מערכת העצבים האנושית ומשימות אחרות.
השלב הבא בעבודה יהיה מחקר מעמיק של מנגנוני השליטה בתנועת היונים ושילוב טכנולוגיה זו בתחומים שונים. לִלמוֹד פורסם בכתב העת Advanced Materials.
אלכסנדר אנטיפוב
קישור למקור
