Універсальний генетичний код розвивався несподіваним чином

Кожна жива істота, яку ми знаємо, від найменшої бактерії до найбільшого синього кита, базується на тому самому чудовому генетичному коді – універсальному плані, який лежить в основі різноманітності життя на Землі. Однак наше розуміння того, як розвивався цей складний код, викликало гострі дискусії та підживило постійні наукові дослідження.

Чи є універсальний генетичний код стародавньою особливістю, яка виникла повністю сформованою на самому початку життя, чи це продукт поступової еволюції, сформованої мільярдами років адаптації та змін? Сосан Вебі, студент Університету Арізони, надав переконливі докази того, що широко визнана теорія про те, як цей генетичний код еволюціонував, потребує переосмислення. І, здається, відповідь криється не в тому, як ми переклали код, а в тому, у якому порядку були додані його будівельні блоки – амінокислоти.

Усталені погляди на генетичний код

«Генетичний код — це дивовижна річ, у якій рядок ДНК або РНК, що містить послідовності з чотирьох нуклеотидів, транслюється в білкові послідовності за допомогою 20 різних амінокислот», — сказала Джоанна Масел, старший автор дослідження.

«Це неймовірно складний процес, і наш код напрочуд хороший. Це майже оптимально для цілої купи речей, і, мабуть, розвивалося поетапно».

Висновки команди суперечать загальноприйнятому погляду, згідно з якою раннє життя віддавало перевагу меншим, простішим молекулам амінокислот. Дослідження показує, що також були додані складні молекули. Крім того, дослідники виявили, що амінокислоти, які зв’язуються з металами, приєдналися до генетичного коду раніше, ніж вважалося раніше. Це відкриває абсолютно новий погляд на те, як виник генетичний код.

Переосмислення лабораторних підходів

Загальноприйнятий погляд на еволюцію генетичного коду значною мірою спирається на лабораторні експерименти, які намагалися відтворити ранні умови Землі – особливо знаменитий експеримент Юрі-Міллера 1952 року. Однак, яким би цінним не був цей експеримент, він мав свої обмеження. В результаті експерименту не виявилося сірковмісних амінокислот, незважаючи на велику кількість цього елемента на ранній Землі.

Ця нестача сірки змусила багатьох повірити, що сірчані амінокислоти приєдналися до генетичного коду на пізнішому етапі. Але, як зазначають критики, це не дивно, враховуючи, що сірка не була включена в експеримент Юрі-Міллера.

Пошуки життя за межами Землі

За словами співавтора дослідження Данте Лауретти, професора планетознавства та космохімії в Місячно-планетарній лабораторії університету, багата сіркою природа раннього життя відкриває захоплюючі можливості для астробіології.

«У таких світах, як Марс, Енцелад і Європа, де переважають сполуки сірки, це може сприяти нашим пошукам життя, висвітлюючи аналогічні біогеохімічні цикли або мікробний метаболізм», — сказав професор Лауретта.

Нові погляди на генетичний код

Дослідники з Університету Арізони застосували інноваційний підхід до аналізу послідовностей амінокислот, що відносяться до нашого спільного предка, LUCA, гіпотетично який жив близько 4 мільярдів років тому. На відміну від попередніх досліджень, вони зосередилися не на повнорозмірних білкових послідовностях, а на білкових доменах – коротших ділянках амінокислот.

«Якщо ви думаєте, що білок — це автомобіль, домен — це як колесо. Це деталь, яку можна використовувати в багатьох різних автомобілях, а колеса існують набагато довше, ніж автомобілі», — сказав Вебі.

Використовуючи інструменти статистичного аналізу даних, вони змогли простежити включення окремих амінокислот у генетичний код. Важливо, що команда виявила, що стародавні послідовності включали амінокислоти з ароматичними кільцевими структурами, такі як триптофан і тирозин, навіть якщо вони були пізніми доповненнями до нашого коду.

«Це дає натяки на інші генетичні коди, які з’явилися раніше нашого і з того часу зникли в безодні геологічного часу», — сказав Масел. «Здається, в ранньому віці любили каблучки».

Цей прорив не тільки змінює наше розуміння ранньої молекулярної еволюції, але й створює основу для дослідження того, як генетичні системи можуть виникнути на інших планетах. Еволюція генетичного коду, який раніше здавався добре вивченим, тепер знову відкриває нові захоплюючі можливості для майбутніх досліджень і відкриттів. Повний текст дослідження було опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.