Ученые приблизились к разгадке истоков жизни, исследуя особые генные семейства, которые возникли еще до появления последнего универсального общего предка (ПУОП) — гипотетического организма, от которого произошли все ныне живущие формы жизни. Около 4 млрд лет назад он уже обладал клеточными мембранами и ДНК, однако чтобы понять, как именно зародилась жизнь, необходимо изучить еще более древние эволюционные события.
Группа ученых из Оберлинского колледжа, Массачусетского технологического института и Висконсинского университета сосредоточилась на так называемых универсальных паралогах. Это дублированные гены, которые присутствуют минимум в двух копиях в геномах почти всех живых организмов. Их широкое распространение указывает на то, что первоначальная дупликация произошла задолго до появления ПУОП, а сами гены передавались из поколения в поколение на протяжении миллиардов лет.
Паралоги возникают из‑за ошибок при копировании генетического материала. Наглядный пример — человеческий геном: в нем есть 8 генов гемоглобина, произошедших от единого предкового гена около 800 млн лет назад. Со временем каждая копия приобрела собственную функцию. Универсальные паралоги встречаются гораздо реже, но именно они хранят следы событий, предшествовавших появлению ПУОП.
Благодаря новым методам на основе искусственного интеллекта ученые смогли проанализировать древние паттерны, закодированные в этих генах. В ходе исследования выяснилось, что универсальные паралоги участвуют в двух ключевых процессах: синтезе белков и перемещении молекул через клеточные мембраны. Это позволяет предположить, что именно эти функции эволюционировали одними из первых.
Исследователи реконструировали белок, кодируемый предковым геном из семейства паралогов. Оказалось, что даже в упрощенной форме он мог прикрепляться к клеточным мембранам и взаимодействовать с механизмами синтеза белков. Это позволит получить представление о том, как могли функционировать самые первые клетки. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Genomics.
История этих универсальных паралогов — единственная информация, которой мы когда‑либо будем располагать о самых ранних клеточных линиях, поэтому нам нужно тщательно изучить их, чтобы извлечь из них как можно больше знаний
Авторы надеются, что дальнейшее развитие вычислительных инструментов позволит обнаружить новые семейства универсальных паралогов и глубже изучить их эволюционную историю, связать самые ранние этапы развития жизни на Земле с инструментами современной науки. С их помощью исследователи надеются составить более четкую картину эволюции до появления ПУОП и пролить свет на зарождение жизни в ее современном виде.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые обнаружили сеть нейронов, ответственная за болезнь Паркинсона.
