Ученые рассказали о происхождении универсального генетического кода

Несмотря на впечатляющее разнообразие организмов на Земле, почти формы жизни – от бактерий до синих китов – являются носителями одного и того же генетического кода. Но то, как и когда возник этот код, было предметом многочисленных научных дискуссий.

Теперь Сосан Вехби из Университета Аризоны и ее коллеги применили новый подход к проблеме и выяснили, что существующее представление о том, как эволюционировал универсальный генетический код, вероятно, необходимо пересмотреть, говорится на сайте университета. Результаты исследования показали, что порядок, в котором были набраны аминокислоты — строительные блоки кода — противоречит тому, что широко считается «консенсусом» эволюции генетического кода.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Соль и космические лучи могут уничтожить следы жизни на Марсе: что выяснили ученые

«Генетический код — это удивительная вещь, в которой цепочка ДНК или РНК, содержащая последовательности из четырех нуклеотидов, транслируется в белковые последовательности с использованием 20 различных аминокислот. Это невероятно сложный процесс, и наш код на удивление хорош. Он почти оптимален для целой кучи вещей, и он, должно быть, развивался поэтапно»,— сказала Джоанна Масел, старший автор статьи и профессор экологии и эволюционной биологии в Университете Альберты.

Исследование показало, что ранние формы жизни содержали более мелкие молекулы аминокислот, а не крупные, которые были добавлены позже. А вот аминокислоты, связанные с металлами, присоединились гораздо раньше, чем считалось до этого. Ученые также выяснили, что современный генетический код появился после других, которые затем исчезли.

По словам исследователей, современное понимание того, как эволюционировал код, ошибочно, поскольку оно опирается на вводящие в заблуждение лабораторные эксперименты, а не на эволюционные доказательства. Например, один из краеугольных камней традиционных взглядов на эволюцию генетического кода покоится на знаменитом эксперименте Юри-Миллера 1952 года, в котором была предпринята попытка смоделировать условия на ранней Земле, которые, вероятно, существовали во времена зарождения жизни.

Хотя эксперимент был ценным для демонстрации того, что неживая материя могла дать начало строительным блокам жизни, включая аминокислоты, посредством простых химических реакций, его выводы были поставлены под сомнение. Например, в его результате не было получено аминокислот, содержащих серу, хотя этого элемента было в избытке на ранней Земле. Поэтому считается, что серные аминокислоты присоединились к коду гораздо позже. Но этот результат не вызывает удивления, поскольку сера не входила в состав эксперимента.

В ходе же нового исследования ученые использовали новый метод для анализа последовательностей аминокислот по всему древу жизни, вплоть до последнего универсального общего предка, или LUCA, гипотетической популяции организмов, которые жили около четырех 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.

Чтобы определить, в какой момент конкретная аминокислота была включена в генетический код, исследователи использовали инструменты статистического анализа данных для сравнения обогащения каждой отдельной аминокислоты в последовательностях белков, относящихся к LUCA и даже к более ранним временам. Аминокислота, которая преимущественно появляется в древних последовательностях, вероятно, была включена на ранней стадии. И наоборот, последовательности LUCA истощены аминокислотами, которые были включены позже, но стали доступны к тому времени, когда появились менее древние последовательности белков.

Команда идентифицировала более 400 семейств последовательностей, относящихся к LUCA. Более 100 из них возникли еще раньше и уже диверсифицировались до LUCA. Оказалось, что они содержат больше аминокислот с ароматическими кольцевыми структурами, такими как триптофан и тирозин, несмотря на то, что эти аминокислоты были поздними дополнениями к нашему коду.

«Это дает намеки на другие генетические коды, которые существовали до нашего и которые с тех пор исчезли в бездне геологического времени. Похоже, что ранняя жизнь любила кольца», — сказала Масел.

Ранее ученые заявили о том, что неандертальцы были «жаворонками». И некоторые современные люди, которые также любят просыпаться рано, вероятно, несут в себе гены, унаследованные от этих далеких предков.