Ким був загадковий прабатько всього живого на Землі Наука Наука та техніка
Ким був загадковий прабатько всього живого на Землі
Ще не було трьох доменів (надцарств) життя — бактерій, архей та еукаріотів, а він уже був. Цей організм — проміжна ланка між неживим середовищем ранньої Землі та першими мікробами, що мешкали у гірських породах 3,8-3,5 мільярда років тому. Який вигляд мав Лука і в яких умовах він жив — невідомо. Вчені, подібно до детективів, по шматочках відновили його основні риси. Виходили з такого принципу: оскільки Лука — предок усіх живих організмів, то вони успадкували від нього якісь риси. На основі біологічних особливостей, властивих кожній живій істоті, біологи створили портрет Луки: одноклітинний організм, що нагадує бактерію.
Нове дослідження німецьких вчених дозволило уточнити внутрішню організацію універсального предка. Вчені визначили, які гени могли включати ДНК Луки. І тому застосували филогенетический підхід, інакше кажучи, проаналізували еволюційні відносини між різними видами життя Землі. Це було зроблено в такий спосіб. Встановивши, які білки кодуються геномом прокаріотів, біологи вибрали з них тих, що задовольняли кільком критеріям. По-перше, білок має бути у вищих таксонів як бактерій, і архей. По-друге, якщо сконструювати філогенетичне дерево - схему, що відображає еволюційні взаємозв'язки, - то бактерії та археї, що володіють даним білком, повинні сформувати монофілетичну групу, тобто мати загальний предок. Остання умова посилює ймовірність того, що ці самі білки були присутні в Луці, а від нього передалися нащадкам.
Усього було проаналізовано понад шість мільйонів генів, що кодують білки та присутні в 1847 бактеріальних та 134 архейних геномах. Звсієї сукупності вчені сформували 286 514 груп (кластерів), з яких лише приблизно 11 тисяч містили бактеріальні білки та білки архей. Коли побудували філогенетичні дерева та перевірили білкові групи на дотримання монофілетичного принципу, залишилося лише 335 кластерів, що задовольняють початкові умови. Всі білки в кінцевій вибірці, на думку біологів, були присутніми в геномі LUCA. Слід зазначити, що ці критерії не виключають можливість горизонтального перенесення генів. Так, білок, що вперше з'явився у ранніх бактерій, міг потрапити в архею і поширитися серед представників кожного домену, хоча він ніколи не був присутній в організмі Луки.
Біологів цікавили гени, що становлять «інформаційне ядро» у клітинах живих організмів. Йдеться про 19 білків, що беруть участь у процесі синтезу рибосом, а також вісім ферментів, що відіграють основну роль у формуванні транспортних РНК (вони переміщують амінокислоти до місць будівництва білкових молекул).
Реконструйований геном Луки дозволяє припустити, що це була анаеробна (пристосована до безкисневого середовища) істота, що отримувала необхідну для життєдіяльності енергію в результаті хемосинтезу - хімічних реакцій, що окислюють мінеральні речовини. Очевидно, універсальний предок жив поблизу гідротермальних джерел, на зразок чорних курців. На це вказують можливу наявність у ньому гіраз – ферментів, специфічних для термофільних (теплолюбних) організмів. Також у LUCA, швидше за все, були присутні ферменти, які уможливлюють хемосинтез, в якому вуглекислий газ — єдине джерело вуглецю. В цілому цей організм міг отримувати енергію від таких газів, як водень, діоксид вуглецю і азот.
Матеріали на тему
Перший нах
Деякі з ферментів містять залізо-сірчані (FeS) кластери, які є групою молекул-кофакторів, що специфічно з'єднуються з білками і визначають їх каталітичну активність. Це вказує на те, що Лука мешкав у середовищі, багатому на залізо. Виділено ще одну групу білків, що беруть участь у метаболізмі цукру: глікозилази та гідролази. Ці ферменти в сучасних клітинах важливі для синтезу клітинної стінки, що може свідчити про існування LUCA примітивної клітинної стінки.
Висновки дослідників підтверджують низку важливих тез. FeS-кластери, а також перехідні метали у складі кофакторів – спадщина древнього метаболізму. Перші живі організми виникли у гідротермальних джерелах. Хімічні реакції, що відбуваються на межі водного середовища та скелястих порід, створювали умови для виникнення життя. Перші представники бактерій і архей були автотрофами, залежними від водню і використовуючи вуглекислий газ як термінальний акцептор в енергетичному обміні (у тварин і рослин цю роль відіграє кисень, що вдихається).
Побудовані філогенетичні дерева не дозволили виділити характерні для LUCA білки, що брали участь у синтезі амінокислот, з яких складаються білки, і утворюють ДНК та РНК нуклеозидів. Проте універсальний предок міг сформуватися з компонентів, що утворилися в результаті спонтанних хімічних процесів, характерних для ранньої Землі.
">