Что скрывают гены, старше LUCA?
Новое исследование сосредотачивается на так называемом последнем универсальном общем предке – LUCA. Именно от него происходят все современные организмы. Считается, что он существовал примерно 4,2 миллиарда лет назад, затем разделился на два вида, которые в свою очередь дали еще больше новых видов, со временем воплотившись во всем многообразии природы, которое мы видим сегодня. Однако, как объясняет биолог Аарон Голдман, некоторые гены в геноме LUCA были еще старше самого организма, пишет ScienceAlert.
Смотрите также Ученые обнаружили универсальный закон природы, который ограничивает эволюцию жизни на Земле
Вместе с коллегами – геобиологом Грегом Фурнье из Массачусетского технологического института и астробиологом Бетюль Качар из Университета Висконсин-Мэдисон – он проанализировал так называемые "универсальные паралоги". Это удвоенные гены, которые сохранились во всех современных ветвях жизни – от бактерий до животных и растений.
Наличие таких дубликатов в каждой ветви свидетельствует, что их удвоение произошло еще до расхождения основных линий эволюции. Если LUCA условно считать "стволом" дерева жизни, то организмы с этими удвоенными генами были его более глубокими "корнями".
Почему это важно?
Палеонтологические свидетельства не достигают столь древних времен, поэтому генетика остается фактически единственным инструментом для реконструкции первых этапов жизни. Проблема в том, что эволюция стирает следы. Часть генов могла исчезнуть из-за мутаций, горизонтальный перенос генов между микроорганизмами или другие механизмы. Поэтому сегодня мы видим лишь фрагменты древнего генетического ландшафта.
Авторы отмечают, что небольшое количество известных универсальных паралогов не означает, что их было мало в LUCA. Вероятно, большинство таких генов просто не сохранились в узнаваемом виде.
Среди тех, что удалось проследить, есть белковые семьи, связанные с системой генетической трансляции – механизмом, который превращает информацию из ДНК в белки. Исследователи считают эту систему одной из древнейших молекулярных структур, сохранившихся по сей день.
Предположительно, так выглядел организм LUCA, который был первой жизнью на Земле / Фото Frontiers in Microbiology
Ферменты, предшествовавшие "современному" коду
Отдельная линия исследований, описанных в журнале Cell Genomics, касается ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз. Именно они отвечают за присоединение правильной аминокислоты к соответствующей транспортной РНК – критический этап формирования белков. Обнаружено, что предки этих ферментов существовали еще до LUCA.
Это означает, что механизм кодирования белков начал формироваться до появления последнего общего предка. Переход к современному генетическому коду, вероятно, был постепенным и сложным процессом, в котором участвовали различные эволюционные механизмы, в частности совместная эволюция с путями синтеза аминокислот.
Фактически речь идет о том, что LUCA не был "началом" жизни, а лишь одним из звеньев длинной цепи. Его геном уже содержал следы еще более древних биологических экспериментов.
Исследователи отмечают: универсальные паралоги – это единственное прямое окно в мир первых клеточных линий. Именно через них можно перевести глубокие вопросы эволюции из плоскости гипотез в плоскость научных моделей, которые можно проверить.