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.

Средние цены в сети АЗС «Amic Energy» по состоянию на 

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.

LUCA – Last Universal Common Ancestor
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.