Коли науковці говорять про походження життя, вони зазвичай починають з так званого останнього універсального спільного предка — організму, від якого приблизно чотири мільярди років тому пішло все життя на Землі. Саме до цього «рубежу» сучасна еволюційна біологія може дістатися з відносною впевненістю. Але що було до нього? Як виглядало життя на ще більш ранньому, майже недосяжному етапі?
Нове дослідження, опубліковане в журналі Cell Genomics, пропонує несподіваний шлях до відповіді. Вчені звернули увагу на особливий клас генів, які можуть бути старшими за будь-якого відомого предка всього живого.
Гени зі слідами найдавнішого минулого
Команда дослідників — Аарон Голдман з Оберлінського коледжу, Ґреґ Фурньє з MIT та Бетюл Качар з Університету Вісконсину — зосередилася на так званих універсальних паралогах. Це родини генів, які присутні майже в усіх живих організмах і при цьому існують щонайменше у двох копіях.
Зазвичай подвоєння генів відбувається через помилки під час копіювання ДНК. Одна копія зберігає початкову функцію, а інша з часом може змінюватися й набувати нових властивостей. Так сталося, наприклад, з гемоглобіном у людини, який сьогодні кодується кількома схожими генами.
Але універсальні паралоги — рідкісна й особлива категорія. Їх знаходять майже в кожній формі життя: від бактерій до рослин і тварин. Це означає, що подвоєння таких генів сталося ще до появи останнього спільного предка, а обидві копії збереглися протягом мільярдів років еволюції.
Що вони можуть розповісти про перші клітини
Проаналізувавши всі відомі універсальні паралоги, вчені помітили цікаву закономірність. Усі ці гени пов’язані з двома ключовими процесами: синтезом білків і транспортуванням речовин через клітинні мембрани.
Це важливий натяк. Він свідчить про те, що ще на зорі життя найперші клітини вже мали елементарні механізми виробництва білків і контролю того, що потрапляє всередину клітини та виходить з неї. Іншими словами, навіть найпримітивніше життя було більш організованим, ніж можна було б уявити.
Відтворення білків з глибини часу
Один із найцікавіших етапів дослідження — спроба «відродити» білки, які існували мільярди років тому. Лабораторія Голдмана реконструювала первинну форму білка з однієї родини універсальних паралогів, що бере участь у вбудовуванні інших білків у мембрану клітини.
Виявилося, що цей спрощений, давній білок все ще здатний взаємодіяти з мембранами та білковим апаратом клітини. Ймовірно, саме такі молекули допомагали першим клітинам утримувати свою структуру та функціональність у нестабільному середовищі ранньої Землі.
Новий погляд на витоки життя
Дослідники вважають, що універсальні паралоги — це, по суті, єдині «документи», які зберегли інформацію про епоху до останнього спільного предка. Завдяки розвитку обчислювальних методів, штучного інтелекту та молекулярного моделювання тепер з’являється шанс розшифрувати ці сигнали з глибокого минулого.
Мета вчених — поступово відновити картину того, як виглядали найперші клітини і які біологічні процеси стали фундаментом для всього подальшого життя. Якщо цей підхід виправдає себе, ми зможемо вперше не лише будувати гіпотези, а й перевіряти їх, зазираючи у часи, коли життя на Землі тільки починало набирати форми.