Бактерии и археи, отделившись от универсального общего предка, перешли к самостоятельной жизни независимо друг от друга и разными путями. К такому выводу пришла международная группа биологов, статья которых была опубликована в журнале Science Advances.
- Источник:
Science Photo Library via Legion Media
Последним универсальным общим предком (LUCA; Last Universal Common Ancestor) принято называть гипотетический одноклеточный организм или, скорее, популяцию таких созданий, гены которых присутствуют в геноме всех современных форм жизни — бактерий, архей (одноклеточных организмов, клетки которых принципиально отличаются от бактериальных) и эукариотов. Таких общих генов насчитывается примерно 350.
Считается, что LUCA существовал буквально накануне того, как произошло разделение бактерий и архей (эукариоты, возможно, возникли позже), и каждая форма жизни начала дальше развиваться по своему сценарию, став отдельной, самостоятельно живущей клеткой. Произошло это, по очень приблизительным оценкам, около 4 миллиардов лет тому назад.
Однако почему и как именно произошло это разделение, остается неясным. Согласно новой версии, бактерии и археи развивались независимо друг от друга. На такую мысль ученых натолкнуло изучение всего набора химических реакций, которые клетки использовали для создания строительных блоков жизни (аминокислот, оснований РНК и витаминов) из соединений, присутствовавших на ранней Земле: газообразного водорода, аммиака и углекислого газа. Этот набор из 420 химических реакций необходим всем живым существам для базового метаболизма.
Для запуска этих химических реакций требуются ферменты, которые играют роль катализаторов. Исследователи обнаружили, что LUCA из-за чрезвычайно ограниченного набора генов, мог обладать ферментами только для примерно половины жизненно необходимых ему реакций метаболизма. Это заставило ученых предположить, что в качестве катализаторов остальных реакций он использовал металлы, естественным образом присутствовавшие в гидротермальных источниках, где с высокой степенью вероятности и мог возникнуть LUCA.
Основываясь на этих выводах, биологи выдвинули следующую гипотезу: на самых ранних этапах зарождения жизни на Земле спонтанными катализаторами метаболизма у первых живых организмов были только металлы из земной коры. У LUCA появился гибридный метаболизм, при котором половина реакций ускорялась его собственными ферментами, а вторая половина — металлами. Затем последовала третья фаза эволюции — у бактерий и архей, после того как эти две линии отделились от LUCA и начали пытаться выживать за пределами гидротермальных источников, в среде с низким содержанием металлов-катализаторов, развилась способность полностью обеспечивать свой метаболизм собственными ферментами.
Однако, развитие этой способности, по-видимому, шло у этих двух ветвей жизни по-разному — дело в том, что у бактерий и архей одни и те же важные метаболические реакции катализируют разные ферменты.
«Такие параллельные изобретения могли проложить путь к независимому появлению свободноживущих бактерий и архей», — пояснила ведущий автор исследования, биолог из Дюссельдорфского университета (Германия) Наталия Мрнявац.
«Новые данные позволяют сделать только один вывод. Бактериальные и археальные линии перешли к свободноживущему состоянию независимо друг от друга. Живыми остаются только свободноживущие клетки. Назовем вещи своими именами: мы наблюдаем один источник генетического кода, но два источника жизни», — добавил соавтор Мрнявац, биолог Уильям Мартин.
Напомним, недавно другая группа исследователей обнаружила гены, которые возникшие до появления LUCA.
