Що приховують гени, старші за LUCA?
Нове дослідження зосереджується на так званому останньому універсальному спільному предку – LUCA. Саме від нього походять усі сучасні організми. Вважається, що він існував приблизно 4,2 мільярда років тому, потім розділився на два види, які своєю чергою дали ще більше нових видів, з часом втілившись у всьому різноманітті природи, яке ми бачимо сьогодні. Проте, як пояснює біолог Аарон Голдман, деякі гени в геномі LUCA були ще старішими за сам організм, пише ScienceAlert.
Дивіться також Учені виявили універсальний закон природи, який обмежує еволюцію життя на Землі
Разом із колегами – геобіологом Грегом Фурньє з Массачусетського технологічного інституту та астробіологинею Бетюль Качар з Університету Вісконсин-Медісон – він проаналізував так звані "універсальні паралоги". Це подвоєні гени, які збереглися в усіх сучасних гілках життя – від бактерій до тварин і рослин.
Наявність таких дублікатів у кожній гілці свідчить, що їхнє подвоєння сталося ще до розходження основних ліній еволюції. Якщо LUCA умовно вважати "стовбуром" дерева життя, то організми з цими подвоєними генами були його глибшими "коренями".
Чому це важливо?
Палеонтологічні свідчення не сягають настільки давніх часів, тому генетика лишається фактично єдиним інструментом для реконструкції найперших етапів життя. Проблема в тому, що еволюція стирає сліди. Частина генів могла зникнути через мутації, горизонтальний перенос генів між мікроорганізмами або інші механізми. Через це сьогодні ми бачимо лише фрагменти давнього генетичного ландшафту.
Автори зазначають, що невелика кількість відомих універсальних паралогів не означає, що їх було мало в LUCA. Ймовірно, більшість таких генів просто не збереглися у впізнаваному вигляді.
Серед тих, що вдалося простежити, є білкові родини, пов’язані з системою генетичної трансляції – механізмом, який перетворює інформацію з ДНК на білки. Дослідники вважають цю систему однією з найдавніших молекулярних структур, що збереглися донині.
Імовірно, так виглядав організм LUCA, який був першим життям на Землі / Фото Frontiers in Microbiology
Ферменти, що передували "сучасному" коду
Окрема лінія досліджень, описаних в журналі Cell Genomics, стосується ферментів аміноацил-тРНК-синтетаз. Саме вони відповідають за приєднання правильної амінокислоти до відповідної транспортної РНК – критичний етап формування білків. Виявлено, що предки цих ферментів існували ще до LUCA.
Це означає, що механізм кодування білків почав формуватися до появи останнього спільного предка. Перехід до сучасного генетичного коду, ймовірно, був поступовим і складним процесом, у якому брали участь різні еволюційні механізми, зокрема спільна еволюція зі шляхами синтезу амінокислот.
Фактично мова йде про те, що LUCA не був "початком" життя, а лише однією з ланок довгого ланцюга. Його геном уже містив сліди ще давніших біологічних експериментів.
Дослідники наголошують: універсальні паралоги – це єдине пряме вікно у світ найперших клітинних ліній. Саме через них можна перевести найглибші питання еволюції з площини гіпотез у площину наукових моделей, які можна перевірити.