Ученые обнаружили гены, которые существовали еще до последнего общего предка всех живых существ на Земле, известного как LUCA. Эти находки открывают редкую возможность заглянуть в самые глубокие этапы эволюции. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Genomics.
«Хотя LUCA — самый древний организм, доступный для эволюционного анализа, некоторые его гены были гораздо старше», — отмечает Аарон Голдман из Оберлинского колледжа.
Его коллеги Грег Фурнье и Бетюль Качар исследовали древние семейства генов, кодирующих белки, чтобы понять, как зарождалась жизнь на Земле.
Гены, пережившие миллиарды лет
Особый интерес представляют универсальные паралоги — дублированные гены, встречающиеся во всех современных ветвях жизни. Они появились до разделения бактерий, грибов, растений и животных. Такие гены указывают на механизмы, которые использовались еще древними одноклеточными организмами, предшествовавшими LUCA.
«Следуя за универсальными паралогами, мы можем реконструировать ранние этапы жизни с современными научными методами и проверить гипотезы о том, как формировались первые клетки», — объясняет Качар.
Со временем многие из этих генов исчезли или изменились из-за эволюционных процессов и горизонтального переноса, что делает каждый обнаруженный паралог особенно ценным.
Древние ферменты и молекулярные системы
Некоторые из этих древних генов отвечают за важные функции в клетке, например за сборку белков и поддержание целостности мембран. Среди них особое место занимают ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы, которые соединяют аминокислоты с транспортными РНК, чтобы строить белки. Предки этих ферментов существовали еще до появления LUCA, что говорит о том, что первые формы жизни уже использовали аминокислоты для создания белков задолго до того, как сформировался современный генетический код.
«Эти результаты подтверждают, что переход к современному генетическому коду был сложным процессом, включавшим коэволюцию с путями биосинтеза аминокислот», — пишут авторы.
Универсальные паралоги демонстрируют, какие молекулярные системы сохранялись миллиарды лет и обеспечивали стабильность биологических процессов.
LUCA и экосистема древней Земли
Ученые предполагают, что LUCA жил в рамках умеренно продуктивной экологической системы, взаимодействуя с другими микроорганизмами. Его биология остается предметом дискуссий, включая вопросы о простоте или сложности этих организмов. Исследование древних генов позволяет понять не только LUCA, но и то, какие механизмы существовали до него.
Среди наиболее ценных находок — дублированные белковые семейства, участвующие в трансляции, производстве ферментов и поддержании мембран. Они дают ключ к пониманию того, как жизнь на ранней Земле могла адаптироваться и развиваться, несмотря на экстремальные условия.
Значение открытий
История универсальных паралогов — единственная информация о первых клеточных линиях. Их изучение позволяет реконструировать самые ранние этапы биологии, выявить фундаментальные молекулярные системы и понять, какие механизмы позволили жизни выжить миллиарды лет назад.
«Эти гены дают шанс превратить глубокие загадки эволюции в реальные открытия», — заключает Качар.
Результаты исследования подчеркивают, что даже до LUCA жизнь на Земле имела сложные молекулярные системы, которые заложили основы для возникновения всех современных организмов.
Ученые прочитали геном кальмара-вампира, сохранившего древние черты предков
Спорный предок человека оказался прямоходящим
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram