Прежние предки: генетика указывает на глубокие корни жизни на Земле

Недавние исследования генетиков подняли завесу тайны над тем, каким образом возникла жизнь на Земле. Как выяснили учёные, последний общий предок всех живущих организмов (LUCA) не появился на нашей планете случайно около 4,2 миллиарда лет назад. Согласно биологам, некоторым генам этого организма предшествовали ещё более старые и загадочные источники, которые можно рассматривать как предшественников современной жизни.

«Хотя LUCA является самым древним организмом, который мы можем изучать с помощью эволюционных методов, некоторые гены в его геноме намного старше», — поясняет биолог Аарон Голдман из Оберлинского колледжа в США. Он и его коллеги, Грег Фурнье из Массачусетского технологического института и Бетюль Кафар из Университета Wisconsin-Madison, утверждают, что для глубокого понимания основ жизни необходимо сосредоточиться на так называемых суперстарых протеин-кодирующих генах.

Научные исследования показывают, что единственные сохранившиеся следы древних организмов — это наше генетическое наследие. Эволюция, как история, ведётся победителями: если какое-либо живое существо не оставило потомков, то мы имеем немного возможностей понять его существование. Ископаемые останки не дотягивают до временного периода LUCA, поэтому генетические данные становятся одним из немногих реальных индикаторов, позволяющих заглянуть в прошлое.

Ученые обозначили концепцию «универсальных паралогов» — редких двойных копий генов, найденных на всех ветвях земной жизни. Это означает, что эти гены дублировались до того, как ветви жизненного древа разошлись. Если рассматривать LUCA как ствол этого генетического дерева, то более ранние одноклеточные организмы, имеющие в своём составе эти дублированные гены, могут стать его корнями — теми дальними предшественниками, которые помогли сформироваться животным, растениям, грибам и бактериям.

«Следуя за универсальными паралогами, мы можем связать наиболее ранние этапы жизни на Земле с инструментами современной науки, — утверждает Кафар. — Это предоставляет нам возможность преобразовать глубокие неизвестности эволюции и биологии в открытия, которые мы можем действительно проверить».

Несмотря на отсутствие конкретных данных о LUCA и предшествующих ему организмах, исследователи предполагают, что LUCA не существовал в изоляции, а сосуществовал в зарождающейся экосистеме. Научное сообщество продолжает дискутировать о том, насколько простыми или сложными были эти организмы и их экосистемы.

Исследования показывают, что лишь несколько универсальных паралогов известны на сегодняшний день, однако это-то уже дает учёным ценную информацию. «История этих универсальных паралогов — единственная информация, которую мы когда-либо получим об этих самых ранних клеточных линиях, и поэтому нам нужно извлечь как можно больше знаний из них», — говорит Фурнье.

Например, некоторые универсальные паралоги участвуют в системе генетического перевода, которая, по мнению биологов, вероятно, является самой древней молекулярной системой, сохранившейся в современном живом организме. Кроме того, другие универсальные паралоги связаны с производством ферментов и белков, участвуя в поддержании функционирования биологических мембран.

Недавние исследования показали, что существуют предшественники ферментов, известных как аминоацил-тРНК-синтетаз, которые возникли еще до LUCA. Это открытие подчеркивает важность дальнейшего изучения генетических данных, которые могут пролить свет на загадки древней жизни и ее эволюцию.

Таким образом, анализ генов, переживших миллиарды лет, не только углубляет наши знания о прошлом, но и открывает новые горизонты для изучения биологии и эволюции живых существ на Земле.