Около 4,2 миллиарда лет назад на нашей планете существовал микроскопический организм, которого ученые называют последним универсальным общим предком, или LUCA (Last Universal Common Ancestor). Этот прадавний организм не был первой формой жизни на Земле, но именно от него происходят все современные ветви жизни: бактерии, археи и эукариоты, к которым относятся растения, животные и грибы.
Об этом сообщает ProIT
Генетические следы древнейшей жизни
Долгое время LUCA оставался своеобразной «точкой горизонта» для биологов, так как отсутствие физических остатков делало невозможным прямое изучение этого организма. Однако результаты новейшего исследования американских ученых, опубликованные в журнале Cell Genomics, радикально меняют наше понимание древней истории жизни. Ученые утверждают, что в самом геноме LUCA сохранились «археологические слои», которые позволяют реконструировать события, предшествовавшие его появлению.
«Генетику, как и историю, пишут победители: если организм не оставил потомков, память о нем исчезает. Поскольку палеонтологическая летопись не охватывает времена существования LUCA, единственным надежным источником информации остаются гены современных организмов.»
Исследователи, среди которых Аарон Голдман (Оберлинский колледж), Грег Фурнье (Массачусетский технологический институт) и Бетюль Качар (Университет Висконсин-Мэдисон), сосредоточились на изучении так называемых универсальных паралогов — древних дублированных семейств генов, которые есть у всех современных живых организмов. Если определенный ген существует в двух копиях у представителей всех ветвей жизни, это означает, что его дублирование произошло еще до разделения этих ветвей, то есть у предкового организма, который предшествовал LUCA. Таким образом, организмы с этими дублированными генами были своеобразным «корнем» эволюционного дерева, которое впоследствии дало начало сложной жизни.
Как выглядела экосистема LUCA
Ученые обратили особое внимание на гены, которые кодируют белки системы генетической трансляции — одной из древнейших молекулярных систем на Земле. В частности, исследовали аминокислотные тРНК-синтетазы — ферменты, ответственные за присоединение аминокислот к транспортной РНК. Эти белки являются критически важными для синтеза белков, а их предки эволюционировали еще до появления LUCA, что свидетельствует о сложном и длительном переходе к современному генетическому коду. Это был многоступенчатый процесс биосинтеза, который происходил в «темные века» существования жизни на Земле.
Согласно выводам ученых, LUCA не был единственным организмом в безбрежном океане. Скорее всего, он существовал в экологической системе, которая уже имела определенный уровень продуктивности. Однако реконструировать этот древний мир сложно из-за того, что за миллиарды лет многие дублированные гены были утрачены в результате генетической дивергенции или горизонтального переноса генов — процесса, благодаря которому микроорганизмы обмениваются генетическим материалом, усложняя прослеживание исторического развития.
Несмотря на это, те универсальные паралоги, которые сохранились до наших дней, имеют чрезвычайно большое значение для науки. Они являются единственными свидетелями зарождения клеточных линий, позволяя современным исследователям заглянуть за кулисы официальной истории жизни и открыть новые горизонты в изучении эволюции.