Последний общий предок всех живых организмов на Земле оказался гораздо менее «первым», чем принято считать. Новые данные показывают, что некоторые гены относятся к еще более древней эпохе, практически недоступной для прямого изучения. Эти фрагменты наследственности могут быть единственным окном в самые ранние стадии жизни. Об этом сообщает журнал Cell Genomics.
Гены старше последнего предка
Последний универсальный общий предок, известный как LUCA, считается старейшим организмом, существование которого можно реконструировать с помощью эволюционных методов. Но, как подчеркивают американские биологи, его геном не был «чистым листом».
«Хотя последний общий предок — самый старый организм, который мы можем изучить с помощью эволюционных методов, некоторые гены в его геноме были намного старше», — объясняет биолог. Аарон Гаудман из Оберлин-колледжа.
Вместе с Грег Фурнье из Массачусетского технологического института и Бетул Качар из Университета Висконсина в Мэдисоне, он предлагает сосредоточиться на изучении именно этих сверхстарых генов. По мнению авторов, современные методы реконструкции наследственных последовательностей позволяют исследовать геном LUCA гораздо детальнее, чем это было возможно ранее, как это уже было сделано при анализе древнейших ферментов происхождения жизни.
Универсальные паралоги как следы потерянных жизней
Основной интерес исследователей вызывают так называемые универсальные паралоги – дуплицированные семейства генов, присутствующие во всех отраслях современной жизни. Их существование означает, что дупликация этих генов произошла до расхождения бактерий, архей и эукариот.
Если представить LUCA как ствол древа жизни, то организмы, в которых возникли такие дубликаты, были его корнями: вымершими клеточными формами, не оставившими прямых потомков.
Записи окаменелостей не распространяются на этот временной горизонт, что делает геномы почти единственным источником информации о периоде, сравнимым по важности с тем, как циклы замораживания-оттаивания протоклеток проливают свет на раннюю биохимию Земли.
«Отслеживая универсальные паралоги, мы можем связать самые ранние этапы зарождения жизни на Земле с инструментами современной науки», — говорит Бетул Качар.
Почему мы видим только часть картины?
Ученые подчеркивают, что известно сравнительно немного универсальных паралогов, но это не означает, что у LUCA они действительно были. Многие гены могли исчезнуть вследствие эволюционных перестроек, дивергенции или горизонтального переноса, широко распространенного у микроорганизмов.
Тем ценнее те редкие образцы, которые сохранились и позволяют заглянуть в глубокое прошлое.
Древнейшие молекулярные системы
Особый интерес представляют универсальные паралоги, связанные с системой генетической трансляции: процессом синтеза белка. По мнению исследователей, это может быть древнейшая молекулярная система, дошедшая до наших дней. Другие паралоги связаны с ферментами и поддержанием целостности клеточных мембран.
Недавняя работа также показала, что предки аминоацил-тРНК-синтетаз, ключевых ферментов, ответственных за сборку белка, появились раньше LUCA. Это указывает на то, что механизмы кодирования белков начали формироваться задолго до появления последнего общего предка.
«История этих универсальных паралогов — единственная информация, которую мы когда-либо будем иметь об этих самых ранних клеточных линиях», — отмечает Грег Фурнье.
Исследование показывает, что формирование современного генетического кода было сложным, многоэтапным процессом, который простирался в самые глубокие слои истории Земли. Понимание этих процессов могло бы приблизить науку к ответу на один из самых важных вопросов: как именно возникла жизнь.
