Ученый Голдман заявил, что гены LUCA оказались древнее 4,2 млрд лет

Последний общий предок всех живых организмов не возник внезапно около 4,2 млрд лет назад. Часть его генетического материала уходит к еще более древнему источнику.

Биолог Аарон Голдман из Оберлинского колледжа отмечает, что хотя этот предок считается самым древним организмом, доступным для эволюционного анализа, отдельные гены его генома оказались значительно старше. Голдман совместно с Грегом Фурнье из Массачусетского технологического института и Бетюль Качар из Университета Висконсина в Мэдисоне представили новую интерпретацию этих данных. По их мнению, сверхдревние гены, кодирующие белки, требуют отдельного изучения для понимания истоков жизни. Работа опубликована в журнале Cell Genomics.

Исследователи обращаются к древним семействам генов, чтобы восстановить ранние этапы эволюции. Современные методы реконструкции последовательностей предков позволяют анализировать геном LUCA точнее, чем прежде. Палеонтологические данные не охватывают период его существования, поэтому основным источником сведений остаются гены. Если организм не оставил потомков, следов его существования практически не сохраняется.

Особый интерес вызывают универсальные паралоги — древние дублированные гены, присутствующие во всех ветвях жизни. Их удвоение произошло до разделения основных линий эволюции. Если LUCA представить стволом генетического древа, то более ранние одноклеточные формы с такими генами можно считать его корнями. Качар подчеркивает, что анализ универсальных паралогов связывает ранние этапы жизни с инструментами современной науки и дает возможность проверять гипотезы экспериментально. О событиях эпохи LUCA ученые судят лишь по косвенным данным. Предполагается, что он существовал в составе уже сформированной и умеренно продуктивной экосистемы. Степень сложности этих организмов и их среды остается предметом споров. Известно лишь несколько универсальных семейств паралогичных белков. Однако их малое число не означает отсутствия других паралогов в протеоме LUCA. Часть генов могла исчезнуть в ходе эволюции, дивергенции или горизонтального переноса, что затрудняет выявление их древнего происхождения.

Авторы отмечают, что многие белковые семейства LUCA сегодня могут не определяться филогенетическим анализом. Это ограничивает возможности исследований, но делает сохранившиеся данные особенно ценными. По словам Фурнье, история универсальных паралогов — единственный доступный источник сведений о самых ранних клеточных линиях. Некоторые из этих генов связаны с системой генетической трансляции, которую исследователи считают одной из древнейших молекулярных систем современной жизни. Другие участвуют в синтезе ферментов и поддержании функций биологических мембран. Недавние работы выявили существование предковых форм аминоацил-тРНК-синтетаз, появившихся до LUCA. Эти ферменты обеспечивают присоединение аминокислот к транспортной РНК и формирование белков.

Наличие их предшественников до последнего общего предка указывает на то, что включение аминокислот в генетически кодируемые белки началось еще до появления современных механизмов. Авторы считают, что переход к нынешнему генетическому коду до эпохи LUCA представлял собой сложный эволюционный процесс с участием нескольких механизмов, включая коэволюцию путей биосинтеза аминокислот.

Читайте также: