|
Происхождение генетического кода
|
|
|
|
Несмотря на впечатляющее разнообразие, почти все формы жизни - от бактерий до голубых китов — имеют один и тот же генетический код. Как и когда появился этот код, было предметом многочисленных научных споров.
|
|
|
|
Используя новый подход к старой проблеме, Савсан Вехби, докторант междисциплинарной программы аспирантуры по генетике в Университете Аризоны, обнаружил убедительные доказательства того, что хрестоматийная версия эволюции универсального генетического кода нуждается в пересмотре.
|
|
|
|
Вехби является первым автором исследования, опубликованного в журнале PNAS, в котором утверждается, что порядок, в котором были подобраны аминокислоты — строительные блоки кода, — противоречит тому, что широко считается "консенсусом" в эволюции генетического кода.
|
|
|
|
"Генетический код - это удивительная система, в которой последовательности из трех нуклеотидов, известные как кодоны, в цепочке ДНК или РНК преобразуются в белковые последовательности с использованием 20 различных аминокислот", - сказала Джоанна Масел, старший автор статьи и профессор экологии и эволюционной биологии в Университете А. "Это невероятно сложный процесс, и наш код на удивление хорош. Она почти оптимальна для целого ряда задач и, должно быть, развивалась поэтапно".
|
|
|
|
|
|
|
Исследование показало, что ранние формы жизни предпочитали молекулы аминокислот меньшего размера более крупным и сложным молекулам, которые были добавлены позже, в то время как аминокислоты, которые связываются с металлами, появились гораздо раньше, чем считалось ранее. Наконец, команда обнаружила, что современный генетический код, вероятно, возник после других кодов, которые с тех пор исчезли.
|
|
|
|
Авторы утверждают, что нынешнее понимание того, как эволюционировал код, является ошибочным, поскольку оно основывается на вводящих в заблуждение лабораторных экспериментах, а не на доказательствах эволюции. Например, один из краеугольных камней общепринятых взглядов на эволюцию генетического кода основан на знаменитом эксперименте Юри-Миллера 1952 года, в ходе которого была предпринята попытка смоделировать условия на ранней Земле, которые, вероятно, были свидетелями зарождения жизни.
|
|
|
|
Несмотря на то, что эксперимент продемонстрировал, что неживая материя может давать начало строительным элементам жизни, включая аминокислоты, посредством простых химических реакций, его результаты были поставлены под сомнение. Например, в результате эксперимента не было получено ни одной аминокислоты, содержащей серу, несмотря на то, что этот элемент был в изобилии распространен на ранней Земле. В результате, как полагают, сернистые аминокислоты появились в коде гораздо позже. Впрочем, результат не вызывает удивления, учитывая, что сера не входила в состав ингредиентов для эксперимента.
|
|
|
|
По словам соавтора Данте Лауретты, профессора планетологии и космохимии в Калифорнийском университете в Лунной и планетарной лаборатории, богатая серой природа ранней жизни открывает новые возможности для астробиологии, особенно для понимания потенциальной обитаемости и биосигналов внеземной среды.
|
|
|
|
"В таких мирах, как Марс, Энцелад и Европа, где преобладают соединения серы, это может помочь нам в поисках жизни, выявив аналогичные биогеохимические циклы или микробный метаболизм", - сказал он. "Такое понимание могло бы уточнить то, что мы ищем в биосигнатурах, помогая обнаруживать формы жизни, которые процветают в богатых серой или аналогичных химических средах за пределами Земли".
|
|
|
|
Команда использовала новый метод для анализа аминокислотных последовательностей по всему древу жизни, вплоть до последнего универсального общего предка, или LUCA, предполагаемой популяции организмов, которые жили около 4 миллиардов лет назад и представляют собой общего предка всей жизни на Земле сегодня. В отличие от предыдущих исследований, в которых использовались полноразмерные белковые последовательности, Вехби и ее группа сосредоточились на белковых доменах, более коротких участках аминокислот.
|
|
|
|
"Если представить, что белок - это машина, то домен похож на колесо", - сказал Вехби. "Это деталь, которую можно использовать в самых разных автомобилях, а колеса существуют гораздо дольше, чем автомобили".
|
|
|
|
Чтобы понять, когда конкретная аминокислота, вероятно, была включена в генетический код, исследователи использовали инструменты статистического анализа данных для сравнения обогащения каждой отдельной аминокислотой в белковых последовательностях, относящихся к эпохе LUCA, и даже более отдаленной по времени. Аминокислота, которая чаще всего встречается в древних последовательностях, вероятно, была включена в них на ранней стадии. И наоборот, в последовательностях ЛУКИ не хватает аминокислот, которые были добавлены позже, но стали доступны к тому времени, когда появились менее древние белковые последовательности.
|
|
|
|
Команда ученых выявила более 400 семейств последовательностей, восходящих к LUCA. Более 100 из них возникли еще раньше и уже разнообразились до появления LUCA. Оказалось, что они содержат больше аминокислот с ароматическими кольцевыми структурами, таких как триптофан и тирозин, несмотря на то, что эти аминокислоты были добавлены в наш код позднее.
|
|
|
|
"Это дает нам представление о других генетических кодах, которые появились до нас и которые с тех пор исчезли в бездне геологических времен", - сказал Мейзел. "Ранним формам жизни, похоже, нравились кольца".
|
|
|
|
Источник
|
