Гени, старші за всіх: як наука зазирнула у часи до появи першого спільного предка життя
Усе живе на Землі — від бактерій до людей — має одного дуже давнього «прабатька». Його називають останнім універсальним спільним предком (LUCA — Last Universal Common Ancestor). Вважається, що він жив приблизно чотири мільярди років тому. Саме від нього походять усі сучасні організми.
Але що було ще раніше? Як виглядало життя до цього спільного предка? Саме це питання дедалі більше цікавить учених.
Дослідження показують, що LUCA вже мав доволі складну будову: його клітини мали мембрани, а генетична інформація зберігалася в ДНК. Тобто багато фундаментальних рис сучасного життя вже існували. А отже, якщо ми хочемо зрозуміти, як життя виникло з нуля, потрібно зазирнути ще глибше в минуле — до подій, що передували самому LUCA.
Гени з глибини мільярдів років
У журналі Cell Genomics група науковців із США запропонувала спосіб, як це зробити. Вони зосередилися на особливій категорії генів — так званих «універсальних паралогах».
Щоб зрозуміти, що це таке, варто пояснити поняття паралога. Паралоги — це гени, які з’явилися внаслідок копіювання одного початкового гена. З часом копії можуть змінюватися й виконувати трохи різні функції. Наприклад, у людини є вісім генів гемоглобіну, що відповідають за перенесення кисню в крові. Усі вони походять від одного спільного гена, який існував сотні мільйонів років тому.
Але універсальні паралоги — це дещо особливе. Вони зустрічаються щонайменше у двох копіях майже в усіх живих організмів — від мікробів до людей. Така поширеність означає, що їхнє подвоєння відбулося ще до появи останнього універсального спільного предка. Інакше кажучи, ці гени — старші за LUCA.
Саме тому вони надзвичайно цінні: це чи не єдині «свідки» подій, які відбувалися ще до того, як сформувався спільний предок усього життя.
Що вони розповіли про перші клітини
Проаналізувавши всі відомі універсальні паралоги, дослідники виявили цікаву закономірність. Усі ці гени пов’язані з двома ключовими функціями:
- синтезом білків;
- транспортуванням молекул через клітинну мембрану.
Це означає, що вже на найперших етапах еволюції життя активно розвивалися механізми створення білків і формування клітинних оболонок. Іншими словами, здатність виробляти білки та контролювати рух речовин через мембрану була однією з перших і найважливіших біологічних інновацій.
В одному з експериментів науковці навіть відтворили давню версію білка, який існував мільярди років тому. За допомогою методів еволюційної та комп’ютерної біології вони реконструювали його структуру й перевірили, як він працює. Виявилося, що цей простий древній білок міг прикріплюватися до мембрани та взаємодіяти з механізмами синтезу білків — майже так само, як це роблять сучасні клітини.
Це дає уявлення про те, як могли функціонувати перші клітиноподібні структури на Землі.
Нове вікно у найдавніше минуле
Дослідники сподіваються, що розвиток штучного інтелекту й сучасних обчислювальних технологій дозволить знайти більше таких генів і ще точніше відновити їхню історію. Адже кожен універсальний паралог — це своєрідна «капсула часу», яка зберігає інформацію про найперші кроки життя.
Фактично, історія цих генів — це єдине, що ми маємо для вивчення найдавніших клітинних ліній. І що краще ми навчимося «читати» цю генетичну пам’ять, то ближче підійдемо до відповіді на одне з найголовніших питань науки: як саме виникло життя на нашій планеті.
Можливо, саме ці гени — старші за всі відомі форми життя — допоможуть нам розкрити таємницю початку еволюції.