Życie zaczęło się wcześniej, niż myśleliśmy. Odkryto geny, które mają ponad 4 miliardy lat

Według współczesnej biologii ewolucyjnej, wszystkie żywe organizmy na Ziemi wywodzą się od wspólnego przodka, znanego jako LUCA (Last Universal Common Ancestor). Choć szacuje się, że żył on około 4,2 miliarda lat temu, najnowsze analizy genetyczne sugerują, że nie pojawił się w biologicznej próżni. Grupa biologów – Aaron Goldman, Greg Fournier i Betül Kaçar – argumentuje, że część genów LUCA pochodzi od jeszcze dawniejszych, tajemniczych organizmów.

Z okresu tak dawnego nie zachowały się żadne skamieniałości. Zatem skąd naukowcy wiedzą o istnieniu życia przed LUCA? Odpowiedzi tkwią w genach, które wciąż występują u żywych organizmów. Te najstarsze sekwencje to tzw. paralogi

Korzenie drzewa życia. Co istniało przed LUCA?

Paralogi to rodziny genów, które są znajdowane w każdej gałęzi życia na Ziemi – u zwierząt, roślin, grzybów i bakterii. Skoro te powielone kopie występują u wszystkich współczesnych organizmów, proces ich duplikacji musiał nastąpić przed rozdzieleniem się głównych domen życia. Ich liczba jest niewielka, ale znaczenie – kolosalne.

Jeśli wyobrazimy sobie LUCA jako pień ewolucyjnego drzewa, to organizmy u których paralogi się pojawiły po raz pierwszy, były jego korzeniami. Te specyficzne geny stanowią unikalne narzędzie filogenetyczne, pozwalające naukowcom badać procesy ewolucyjne zachodzące ponad cztery miliardy lat temu.

Historia syntezy białek i prastare ekosystemy

Okazuje się, że niektóre paralogi biorą udział w procesie translacji, czyli syntezy białek na podstawie informacji zawartych w kodzie genetycznym, a konkretnie w mRNA. To proces, który uznaje się za najstarszy zachowany do dziś mechanizm molekularny.

Szczególną uwagę naukowców przykuwają „przodkowie” kluczowych enzymów, tzw. syntetaz aminoacylo-tRNA. Odpowiadają one za precyzyjne łączenie aminokwasów (budulca białek) z odpowiednim transportowym RNA.

Ich odkrycie sugeruje, że najwcześniejsze formy życia potrafiły włączać aminokwasy do genetycznie kodowanych białek znacznie wcześniej, niż przypuszczano. Powstanie dzisiejszego, „nowoczesnego” kodu genetycznego było więc złożonym procesem ewolucyjnym, obejmującym wiele mechanizmów. Sugeruje to, że świat przed LUCA był znacznie bardziej zaawansowany biologicznie, niż dotychczas sądzono.

Genetyczna archeologia

Odtworzenie pełnego obrazu genomu LUCA i jego poprzedników to jednak zadanie karkołomne, jeśli nie niemożliwe. Wiele z pierwotnych paralogów zostało bezpowrotnie utraconych, na przykład w wyniku horyzontalnego transferu genów – powszechnego u bakterii procesu wymiany materiału genetycznego.

Ewolucja skutecznie zaciera ślady pierwotnego pochodzenia wielu białek. Z tego powodu większość rodzin białek obecnych u LUCA może być już niewykrywalna za pomocą standardowych analiz filogenetycznych. Każda zidentyfikowana sekwencja staje się niezwykle cenna.

Jak podkreśla Fournier, musimy wydobyć z tych nielicznych „genetycznych świadków” jak najwięcej, by zrozumieć, jak z prostych korzeni wyrosło całe bogactwo dzisiejszego życia.

Źródło: Cell Genomics

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.