Корни древа жизни: ученые нашли гены LUCA, которые существовали еще до появления первого живого организма
Биологи обнаружили, что часть генов LUCA — последнего общего предка всех существ — намного древнее его самого. Откуда они взялись и что это меняет в теории эволюции.
На протяжении десятилетий считалось, что история жизни на Земле начинается с LUCA — последнего универсального общего предка всех современных организмов, существовавшего около 4,2 миллиарда лет назад. Однако новое исследование, опубликованное в авторитетном журнале Cell Genomics, переворачивает эту картину. Международная группа ученых под руководством биолога Аарона Голдмана из Оберлинского колледжа пришла к выводу: генетический багаж LUCA не был «рожден» вместе с ним. Часть его генов уходит корнями в еще более древнюю, почти мифическую эпоху — ту, где не существовало ни клеток, ни даже разделения на бактерии и археи.
LUCA: не точка отсчета, а перекресток эволюции
Долгое время в учебниках биологии LUCA изображали как некий первокирпичик, с которого стартовало все живое. Это логично: раз он — последний общий предок, значит, все, что было до него, не оставило прямых потомков и кануло в Лету. Но авторы исследования предлагают взглянуть на ситуацию иначе.
Также читайте: Археологи расшифровали геном Юстиниановой чумы: первая пандемия человечества под микроскопом науки
LUCA не возник из пустоты. Он был частью уже сложившейся, функциональной экосистемы, населенной множеством микроорганизмов. Одни из них вымерли, другие — вступили в симбиоз или конкуренцию. Именно от них LUCA унаследовал свои гены. Голдман и его коллеги сосредоточились на так называемых универсальных паралогах — древних дублированных генах, которые присутствуют во всех без исключения ветвях жизни.
«Если представить LUCA стволом генетического древа, — поясняет соавтор исследования Бетюль Качар из Университета Висконсина, — то более ранние одноклеточные формы, обладавшие такими генами, следует считать его корнями». Эти корни уходят вглубь на сотни миллионов лет дальше, чем принято было думать.
Генетические ископаемые: что хранят универсальные паралоги
Палеонтология бессильна перед эпохой LUCA: осадочные породы того возраста либо переплавлены, либо не содержат различимых клеточных структур. Единственный способ заглянуть в эту тьму — анализ самих генов, которые, словно капсулы времени, несут отпечатки древнейших биохимических процессов.
Исследователи выделили несколько семейств белков, чья история явно длиннее истории LUCA. Ключевое место среди них занимают аминоацил-тРНК-синтетазы — ферменты, отвечающие за присоединение аминокислот к транспортной РНК. Без них невозможен синтез белка. Самое поразительное: предковые формы этих ферментов существовали до того, как сложился современный генетический код.
Это означает, что сама система трансляции — сердцевина жизни — формировалась не одномоментно, а проходила долгий путь проб и ошибок. В ход шли разные механизмы, разные аминокислоты, разные способы их активации. LUCA застал лишь финальную, отлаженную версию этого процесса.
Исчезнувшие миры: почему следов так мало
Если до LUCA существовали другие формы жизни, почему они не оставили генетических «автографов»? Ученые называют несколько причин. Во-первых, гены могли подвергнуться дивергенции — так измениться, что их древнее происхождение перестало считываться современными алгоритмами. Во-вторых, массовую роль сыграл горизонтальный перенос: древние микробы обменивались ДНК так интенсивно, что стерли границы между видами.
Кроме того, эволюция безжалостна к ненужному. Если какой-то белок переставал быть востребованным, он просто исчезал. Сегодня мы видим лишь малую толику того, что существовало. Но даже эта толика, по словам Грега Фурнье из Массачусетского технологического института, — «единственный доступный источник сведений о самых ранних клеточных линиях».
Новая картина происхождения жизни
Работа Голдмана и его коллег вписывается в растущий массив данных, которые заставляют пересмотреть классическое «древо жизни». Оно перестает быть стройным стволом с корнем в одной точке. Вместо этого перед нами предстает густая сеть, переплетение нитей, тянущихся из разных эпох и сливающихся в узел LUCA.
Сам LUCA оказывается не «первопредком», а скорее «венцом» длительного эволюционного процесса. Он вобрал в себя лучшее из того, что наработали тысячи поколений его безымянных предшественников. И некоторые гены, которые мы привыкли считать «самыми древними» на Земле, на самом деле являются лишь отголосками еще более седой старины.
Исследование ставит перед наукой новые вопросы. Если генетический код не возник сразу, то как именно он эволюционировал? Какие альтернативные системы кодирования существовали и почему они проиграли? И, быть может, самое интригующее: есть ли в нашем собственном геноме «призраки» иных, не случившихся биологий? Ответы, как водится, только предстоит найти.
Ранее на сайте «Пронедра» писали: Редактирование генома позволит ученым РФ создавать улучшенные сорта растений
