Древо жизни пошло корнями в пустоту: древнейшие клетки исчезли, но оставили ключи в ДНК

Последний общий предок всех живых организмов на Земле оказался куда менее "первым", чем принято считать. Новые данные показывают, что часть его генов уходит корнями в ещё более древнюю, почти недоступную для прямого изучения эпоху. Эти фрагменты наследственности могут быть единственным окном в самые ранние этапы возникновения жизни. Об этом сообщает журнал Cell Genomics.

Гены старше последнего предка

Последний универсальный общий предок, известный как LUCA, считается самым древним организмом, чьё существование можно реконструировать с помощью эволюционных методов. Однако, как подчёркивают американские биологи, его геном был не "чистым листом".

"Хотя последний общий предок является самым древним организмом, который мы можем изучать с помощью эволюционных методов, некоторые гены в его геноме были гораздо старше", — объясняет биолог Аарон Голдман из Оберлинского колледжа.

Вместе с Грегом Фурнье из Массачусетского технологического института и Бетюль Качар из Университета Висконсина в Мэдисоне он предлагает сосредоточиться на изучении именно этих сверхдревних генов. По мнению авторов, современные методы реконструкции предковых последовательностей позволяют рассматривать геном LUCA куда детальнее, чем это было возможно ранее, как это уже происходило при анализе древнейших ферментов происхождения жизни.

Универсальные паралоги как следы утраченной жизни

Основной интерес исследователей вызывают так называемые универсальные паралоги — дублированные семейства генов, которые присутствуют у всех ветвей современной жизни. Их существование означает, что удвоение этих генов произошло ещё до расхождения бактерий, архей и эукариот.

Если представить LUCA стволом древа жизни, то организмы, в которых возникли такие дубликаты, были его корнями — исчезнувшими клеточными формами, не оставившими прямых потомков.

Ископаемые данные не доходят до этого временного горизонта, поэтому геномы остаются почти единственным источником информации о том периоде, сопоставимым по значимости с тем, как циклы замерзания и оттаивания протоклеток проливают свет на раннюю биохимию Земли.

"Следуя за универсальными паралогами, мы можем связать самые ранние этапы зарождения жизни на Земле с инструментами современной науки", — говорит Бетюль Качар.

Почему мы видим лишь часть картины

Учёные подчёркивают, что известных универсальных паралогов сравнительно немного, но это не означает, что их действительно было мало у LUCA. Многие гены могли исчезнуть в результате эволюционных перестроек, дивергенции или горизонтального переноса, широко распространённого у микроорганизмов.

Тем ценнее те редкие примеры, которые всё же сохранились и позволяют заглянуть в глубокое прошлое.

Самые древние молекулярные системы

Особый интерес представляют универсальные паралоги, связанные с системой генетической трансляции — процессом синтеза белков. По мнению исследователей, именно она может быть самой древней молекулярной системой, дожившей до наших дней. Другие паралоги связаны с ферментами и поддержанием целостности клеточных мембран.

Недавние работы также показали, что предки аминоацил-тРНК-синтетаз — ключевых ферментов, отвечающих за сборку белков, — существовали ещё до LUCA. Это указывает на то, что механизмы кодирования белков начали формироваться задолго до появления последнего общего предка.

"История этих универсальных паралогов — единственная информация, которой мы когда-либо будем располагать об этих самых ранних клеточных линиях", — отмечает Грег Фурнье.

Исследование показывает, что становление современного генетического кода было сложным и многоэтапным процессом, растянувшимся на глубочайшие слои истории Земли. Понимание этих процессов может приблизить науку к ответу на один из главных вопросов — как именно возникла жизнь.