النسب المشترك

تعتمد جميع أشكال الحياة المعروفة على نفس التنظيم البيوكيميائي الأساسي: المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي (DNA) ، والتي تُنسخ إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA ) بفعل إنزيمات البروتين والحمض النووي الريبوزي ، ثم تُترجم إلى بروتينات بواسطة الريبوسومات (شديدة التشابه) ، مع استخدام الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP ) وثنائي نوكليوتيد نيكوتيناميد الفوسفات المختزل (NADPH) وغيرها كمصادر للطاقة. يدعم تحليل الاختلافات الطفيفة في تسلسل مواد مشتركة على نطاق واسع، مثل السيتوكروم ج، فكرة الأصل المشترك العالمي. ^{[ 23 ]} يوجد حوالي 23 بروتينًا في جميع الكائنات الحية، تعمل كإنزيمات تؤدي وظائف أساسية مثل تضاعف الحمض النووي. إن وجود مجموعة واحدة فقط من هذه الإنزيمات دليل قاطع على أصل واحد. ^{[ 3 ] [ 24 ]} تم تحديد 6331 جينًا مشتركًا بين جميع الحيوانات الحية؛ وقد تكون هذه الجينات قد نشأت من سلف مشترك واحد عاش قبل 650 مليون سنة في حقبة ما قبل الكمبري . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

إن الشفرة الوراثية (جدول الترجمة الذي تُترجم بموجبه معلومات الحمض النووي إلى أحماض أمينية ، ومن ثم إلى بروتينات) متطابقة تقريبًا في جميع الكائنات الحية المعروفة، من البكتيريا والعتائق إلى الحيوانات والنباتات . ويعتبر علماء الأحياء عمومًا عالمية هذه الشفرة دليلًا قاطعًا على الأصل المشترك العالمي. ^{[ 23 ]}

يبدو أن طريقة ربط الكودونات (ثلاثيات الحمض النووي) بالأحماض الأمينية مُحسَّنة للغاية. ويجادل ريتشارد إيجل بأن السلاسل الجانبية الكارهة للماء (غير القطبية) على وجه الخصوص مُنظَّمة جيدًا، مما يشير إلى أن هذا قد مكّن الكائنات الحية الأولى من إنتاج ببتيدات ذات مناطق طاردة للماء قادرة على دعم تفاعلات تبادل الإلكترونات الأساسية ( الأكسدة والاختزال ) لنقل الطاقة. ^{[ 25 ]}

لا يمكن تفسير أوجه التشابه التي لا تحمل أي دلالة تكيفية بالتطور التقاربي ، ولذلك فهي تُقدّم دليلاً قوياً على الأصل المشترك العالمي. وقد جاء هذا الدليل من مجالين: تسلسلات الأحماض الأمينية وتسلسلات الحمض النووي. لا يشترط أن تمتلك البروتينات ذات البنية ثلاثية الأبعاد نفسها تسلسلات أحماض أمينية متطابقة؛ فأي تشابه غير ذي صلة بين التسلسلات يُعدّ دليلاً على الأصل المشترك. في بعض الحالات، توجد عدة كودونات (ثلاثيات الحمض النووي) تُشفّر بشكل متكرر لنفس الحمض الأميني. وبما أن العديد من الأنواع تستخدم الكودون نفسه في الموضع نفسه لتحديد حمض أميني يمكن تمثيله بأكثر من كودون، فهذا دليل على اشتراكها في سلف مشترك حديث. لو كانت تسلسلات الأحماض الأمينية من أسلاف مختلفة، لكانت مُشفّرة بواسطة أي من الكودونات المتكررة، وبما أن الأحماض الأمينية الصحيحة كانت ستكون موجودة بالفعل، لما كان الانتقاء الطبيعي ليُحدث أي تغيير في الكودونات، مهما كان الوقت المتاح. قد يؤدي الانحراف الوراثي إلى تغيير الكودونات، لكن من المستبعد للغاية أن تتطابق جميع الكودونات المتكررة في تسلسل كامل تمامًا عبر سلالات متعددة. وبالمثل، فإن تسلسلات النيوكليوتيدات المشتركة، لا سيما عندما تكون محايدة ظاهريًا مثل مواقع الإنترونات والجينات الكاذبة ، توفر دليلًا قويًا على الأصل المشترك. ^{[ 26 ]}

كثيرًا ما يشير علماء الأحياء إلى عالمية العديد من جوانب الحياة الخلوية كدليل داعم للأدلة الأكثر إقناعًا المذكورة أعلاه. تشمل هذه التشابهات ناقل الطاقة أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وحقيقة أن جميع الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات ذات بنية حلزونية يسارية . مع ذلك، من المحتمل أن تكون هذه التشابهات ناتجة عن قوانين الفيزياء والكيمياء - وليس عن طريق أصل مشترك عالمي - وبالتالي أدت إلى التطور التقاربي. في المقابل، توجد أدلة على تماثل الوحدات الفرعية المركزية لإنزيمات ATPases عبر الغشاء في جميع الكائنات الحية، وخاصة كيفية ارتباط العناصر الدوارة بالغشاء. يدعم هذا افتراض أن السلف المشترك الأخير (LUCA) كان كائنًا خلويًا، على الرغم من أن الأغشية البدائية ربما كانت شبه نفاذة وتطورت لاحقًا إلى أغشية البكتيريا الحديثة، وعلى مسار ثانٍ إلى أغشية العتائق الحديثة أيضًا. ^{[ 27 ]}

ومن الأدلة المهمة الأخرى الأشجار التطورية المفصلة (أي "الأشجار الجينية" للأنواع) التي ترسم التقسيمات المقترحة والأسلاف المشتركة لجميع الأنواع الحية. في عام 2010، نشر دوغلاس ل. ثيوبالد تحليلًا إحصائيًا للبيانات الجينية المتاحة، ^{[ 3 ]} وربطها بالأشجار التطورية، مما قدم "دعمًا كميًا قويًا، من خلال اختبار رسمي، لوحدة الحياة". ^{[ 4 ]}

تقليديًا، تُبنى هذه الأشجار باستخدام أساليب مورفولوجية، كالمظهر الخارجي وعلم الأجنة ، وما إلى ذلك. ومؤخرًا، أصبح من الممكن بناء هذه الأشجار باستخدام البيانات الجزيئية، استنادًا إلى أوجه التشابه والاختلاف بين التسلسلات الجينية والبروتينية. تُنتج جميع هذه الأساليب نتائج متشابهة جوهريًا، على الرغم من أن معظم التباين الجيني لا يؤثر على المظهر الخارجي. إن توافق الأشجار التطورية القائمة على أنواع مختلفة من المعلومات يُعد دليلًا قويًا على وجود أصل مشترك حقيقي. ^{[ 28 ]}

أشار ثيوبالد إلى إمكانية حدوث انتقال جيني أفقي واسع النطاق خلال المراحل المبكرة من التطور. ولا تزال البكتيريا اليوم قادرة على تبادل الجينات بين سلالات متباعدة الصلة. يُضعف هذا الافتراض الأساسي للتحليل الوراثي، وهو أن تشابه الجينومات يعني وجود أصل مشترك، لأن التبادل الجيني الكافي كان سيسمح للسلالات بمشاركة جزء كبير من جينومها سواءً اشتركت في سلف مشترك أم لا (أحادية الأصل) . وقد أدى هذا إلى تساؤلات حول الأصل المشترك للحياة. ^{[ 3 ]} ومع ذلك، يرى علماء الأحياء أنه من غير المرجح أن تكون الكائنات الأولية غير المرتبطة ببعضها قد تبادلت الجينات، لأن آليات الترميز المختلفة لديها كانت ستؤدي فقط إلى أنظمة مشوشة بدلاً من أنظمة فعالة. لاحقًا، مع ذلك، كان من الممكن للعديد من الكائنات الحية، المنحدرة جميعها من سلف واحد، أن تشترك بسهولة في جينات تعمل جميعها بنفس الطريقة، ويبدو أنها فعلت ذلك بالفعل. ^{[ 3 ]}

لو أن الكائنات الحية المبكرة قد دُفعت بفعل الظروف البيئية نفسها لتطوير كيمياء حيوية متشابهة بشكل متقارب ، لربما اكتسبت بشكل مستقل تسلسلات جينية متشابهة. وبناءً على ذلك، انتقد تاكاهيرو يونيزاوا وزملاؤه ^{[ 29 ]} "الاختبار الرسمي" لثيوبولد لعدم تضمينه عامل التقارب. وجادلوا بأن اختبار ثيوبولد غير كافٍ للتمييز بين الفرضيات المتنافسة. دافع ثيوبولد عن منهجه ضد هذا الادعاء، مُجادلاً بأن اختباراته تُميز بين البنية التطورية والتشابه التسلسلي فحسب. ولذلك، جادل ثيوبولد بأن نتائجه تُظهر أن " البروتينات المحفوظة عالميًا هي بروتينات متماثلة ". ^{[ 30 ] [ 31 ]}

ذُكرت سابقًا إمكانية أن تكون جميع الكائنات الحية مُنحدرة من كائن وحيد الخلية أصلي ذي جينوم DNA ، وأن هذا يُشير إلى أصل واحد للحياة. مع أن سلفًا مشتركًا عالميًا كهذا قد يكون موجودًا، فمن غير المرجح أن يكون كيان معقد كهذا قد نشأ تلقائيًا من اللاحياة، وبالتالي لا يُمكن اعتبار خلية ذات جينوم DNA أصلًا للحياة. لفهم أصل الحياة، اقتُرح أن الحياة الخلوية القائمة على DNA انحدرت من جزيئات RNA بسيطة نسبيًا ذاتية التضاعف قبل الخلوية، قادرة على الخضوع للانتقاء الطبيعي . خلال مسار التطور، استُبدل عالم RNA هذا بظهور عالم DNA التطوري. يبدو أن عالم جينومات RNA ذاتية التضاعف بشكل مستقل لم يعد موجودًا (تعتمد فيروسات RNA على خلايا مضيفة ذات جينومات DNA). ولأن عالم RNA قد اختفى على ما يبدو، فليس من الواضح كيف يُمكن الاستناد إلى الأدلة العلمية للإجابة على سؤال ما إذا كان هناك حدث واحد لأصل الحياة انحدرت منه جميع أشكال الحياة.