Są to uniwersalne geny paralogiczne, geny zduplikowane, które można znaleźć u wszystkich żywych istot i które zostały już zduplikowane u pierwszego wspólnego przodka, a zatem muszą być starsze.
Spis treści
Badając pochodzenie życia na Ziemi, napotykamy poważny problem. Możemy badać ewolucję tylko do bardzo konkretnego punktu: pojawienia się organizmu, który naukowcy nazywają LUCA . LUCA oznacza „ ostatni wspólny przodek ” . Jest to żywy organizm, od którego wywodzą się wszystkie główne grupy, które znamy dzisiaj: eubakterie, archebakterie, pierwotniaki, rośliny, grzyby i zwierzęta. Kiedy biolodzy ewolucyjni próbują prześledzić pochodzenie wszystkich żywych istot w przeszłości , zawsze w końcu odtwarzają ten hipotetyczny organizm, ale dalej nie wiemy nic więcej.
Problem polega na tym, że naukowcy uważają, że większość cech składających się na życie była już obecna w tak zwanej pierwotnej zupie i w organizmach, które ją zamieszkiwały, na granicy między tym, co można uznać za żywe, a tym, co nie . Można tam było znaleźć błony komórkowe, cząsteczki materiału genetycznego, a nawet stosunkowo złożone białka. W tym przedżyciowym świecie być może miały miejsce nieudane próby powstania życia przed ostatnim wspólnym przodkiem.
Łatwo jest wysuwać hipotezy, ale znalezienie dowodów i metod naukowych do ich potwierdzenia jest trudne . Właśnie tym zajęli się naukowcy Aaron Goldman z Oberlin College, Greg Fournier z Massachusetts Institute of Technology i Betül Kacar z University of Wisconsin-Madison w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Cell Genomics . Metoda ta obejmuje analizę uniwersalnych genów paralogicznych — szczególnego typu genów, które występują we wszystkich organizmach żywych, ale ewoluowały w różny sposób w każdym z nich.
Geny paralogiczne mogą być oknem na przeszłość.
Geny paralogiczne to geny, które mają wiele członków w jednym genomie. Na przykład u ludzi istnieje sześć różnych genów, które produkują globiny — białka przenoszące tlen do tkanek. Wszystkie te geny pochodzą z tego samego miejsca: z pierwotnego genu globiny, który według szacunków pojawił się 800 milionów lat temu. Aby osiągnąć swój obecny stan, gen ten został kilkakrotnie zduplikowany, a każda kopia uległa modyfikacjom, aż dała początek sześciu genom globiny, które znamy dzisiaj, w tym hemoglobinom we krwi.
Jednak uniwersalny gen paralogiczny to szczególny typ genu, który ma co najmniej dwie kopie w każdej linii współczesnych organizmów żywych. Ponieważ wszystkie organizmy żywe mają co najmniej dwie kopie tego genu, prawdopodobne jest, że LUCA również miał dwie kopie tego genu, a zatem zdarzenie duplikacji miało miejsce przed LUCA.
„Historia tych uniwersalnych genów paralogicznych jest jedyną informacją, jaką dysponujemy na temat najwcześniejszych linii komórkowych, dlatego musimy starannie wydobyć z nich całą możliwą wiedzę” — mówi Fournier. Chociaż znanych genów jest jak dotąd bardzo niewiele.
Rekonstrukcja życia przed życiem
Większość odkrytych przez nich uniwersalnych genów paralogicznych jest związanych z produkcją białek lub przemieszczaniem cząsteczek z wnętrza komórki na zewnątrz. Innymi słowy, jeśli porównać to do budowy domu, geny te odpowiadają za układanie cegieł i usuwanie gruzu i śmieci z zewnątrz do wewnątrz. Jest to logiczne, ponieważ do istnienia życia niezbędna jest różnica między środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym komórki, która pozwala tworzyć różnice potencjałów i sprzyja biochemii komórkowej. W związku z tym uniwersalne geny paralogiczne są związane z homeostazą — zdolnością organizmów żywych do utrzymywania stabilnego i zrównoważonego środowiska wewnętrznego.
Jednak autorzy wzywają społeczność naukową do kontynuowania badań nad tymi genami, aby dowiedzieć się więcej o przeszłości. W poprzednim badaniu laboratorium Goldmana udało się odtworzyć jedno z tych starożytnych białek przy użyciu metod biologii obliczeniowej i syntetycznej. To pierwotne białko było prostsze od współczesnych białek, ale mogło pełnić takie funkcje, jak wiązanie się z błoną komórkową oraz udział w produkcji i przemieszczaniu innych białek.
„Dokonując uniwersalnych porównań, możemy powiązać pierwsze etapy życia na Ziemi z narzędziami współczesnej nauki” – mówi Kacza. „Co więcej, daje nam to możliwość przekształcenia najgłębszych tajemnic ewolucji i biologii w odkrycia, które możemy realnie zweryfikować”. Innymi słowy, po około 4,5 miliardach lat ewolucji istoty, które poprzedzały wszystko, co znamy dzisiaj, mogły powrócić do życia, dzięki czemu mogliśmy zrozumieć nie tylko to, czym jest życie dzisiaj, ale także to, czym mogłoby być.
