Вчені розповіли, як з’явився універсальний генетичний код © unsplash.com/warrenumoh І їхні висновки можуть змінити існуючі уявлення про еволюцію.
Незважаючи на вражаючу різноманітність організмів на Землі, майже форми життя – від бактерій до синіх китів – є носіями того самого генетичного коду. Але те, як і коли з’явився цей код, було предметом численних наукових дискусій.
Тепер Сосан Вехбі з Університету Арізони та її колеги застосували новий підхід до проблеми і з’ясували, що уявлення про те, як еволюціонував універсальний генетичний код, ймовірно, необхідно переглянути, йдеться на сайті університету. Результати дослідження показали, що порядок, у якому було набрано амінокислоти — будівельні блоки коду — суперечить тому, що широко вважається «консенсусом» еволюції генетичного коду.
«Генетичний код — це дивовижна річ, в якій ланцюжок ДНК або РНК, що містить послідовності з чотирьох нуклеотидів, транслюється в білкові послідовності з використанням 20 різних амінокислот. Це неймовірно складний процес, і наш код напрочуд хороший. Він майже оптимальний для цілої купи речей, і він, мабуть, розвивався поетапно»,— сказала Джоанна Масел, старший автор статті та професор екології та еволюційної біології в Університеті Альберти.
Дослідження показало, що ранні форми життя містили дрібніші молекули амінокислот, а не великі, які були додані пізніше. А ось амінокислоти, пов’язані з металами, приєдналися набагато раніше, ніж вважалося раніше. Вчені також з’ясували, що сучасний генетичний код з’явився після інших, які потім зникли.
За словами дослідників, сучасне розуміння того, як еволюціонував код, помилкове, оскільки воно спирається на лабораторні експерименти, що вводять в оману, а не на еволюційні докази. Наприклад, один із наріжних каменів традиційних поглядів на еволюцію генетичного коду лежить на знаменитому експерименті Юрі-Міллера 1952 року, в якому була спроба змоделювати умови на ранній Землі, які, ймовірно, існували в часи зародження життя.
Хоча експеримент був цінним для демонстрації того, що нежива матерія могла дати початок будівельним блокам життя, включаючи амінокислоти за допомогою простих хімічних реакцій, його висновки були поставлені під сумнів. Наприклад, у його результаті не було отримано амінокислот, що містять сірку, хоча цього елемента було в надлишку на ранній Землі. Тому вважається, що сірчані амінокислоти приєдналися до коду набагато пізніше. Але цей результат не дивує, оскільки сірка не входила до складу експерименту.
У ході нового дослідження вчені використовували новий метод для аналізу послідовностей амінокислот по всьому древу життя, аж до останнього універсального загального предка, або LUCA, гіпотетичної популяції організмів, які жили близько чотирьох мільярдів років тому і являють собою загального предка всього життя на Землі сьогодні. На відміну від попередніх досліджень, у яких використовувалися повнорозмірні білкові послідовності, Вехбі та її група зосередилися на білкових доменах – більш коротких ділянках амінокислот.
Щоб визначити, у який момент конкретна амінокислота була включена в генетичний код, дослідники використовували інструменти статистичного аналізу даних для порівняння збагачення кожної окремої амінокислоти в послідовності білків, що відносяться до LUCA і навіть раніше. Амінокислота, яка з’являється переважно в древніх послідовностях, ймовірно, була включена на ранній стадії. І навпаки, послідовності LUCA виснажені амінокислотами, які були включені пізніше, але стали доступні на той час, коли з’явилися менш давні послідовності білків.
Команда ідентифікувала понад 400 сімейств послідовностей, що належать до LUCA. Понад 100 із них виникли ще раніше і вже диверсифікувалися до LUCA. Виявилося, що вони містять більше амінокислот з ароматичними кільцевими структурами, такими як триптофан та тирозин, незважаючи на те, що ці амінокислоти були пізніми доповненнями до нашого коду.
«Це дає натяки на інші генетичні коди, які існували до нашого часу і які з того часу зникли у безодні геологічного часу. Схоже, що раннє життя любило кільця», — сказала Масел.
Раніше вчені заявили про те, що неандертальці були «жайворонками». І деякі сучасні люди, які також люблять прокидатися рано, мабуть, несуть у собі гени, успадковані від цих далеких предків.
