Цього тижня німецькі біологи під керівництвом Вільямі Мартіна з Університету Дюссельдорфа опублікували нову реконструкцію геному LUCA. Стаття дуже сподобалася ЗМІ, журналісти оголосили про те, що ось, нарешті ми дізналися, як виглядав наш загальний предок і де він живе. Тут ми спробували максимально просто пояснити: що насправді нового в новій роботі, хто такий LUCA, як біологи його шукають і чи дійсно його вдалося зараз знайти.
Що це за організм, «Лука», якого зараз знайшли біологи? Що за дивне ім'я?
«Лука» це - останній спільний предок всіх нині існуючих живих організмів. Оскільки всі ми, включаючи гриби, бактерій і якихось екстремофілів з глибин океану - родичі, то, очевидно, у всіх у нас є спільні предки. LUCA це не просто загальний предок, а останній загальний предок для всього нині відомого життя.
Його дійсно зараз вдалося знайти вченим? І як він виглядає?
Ні, тут проблема в словах «зараз» і «знайти». По-перше, концепція єдиного останнього спільного предка з'явилася далеко не «зараз»: її пропонував ще Дарвін, а з розвитком геноміки в останні два десятиліття з'явилося безліч робіт про конкретну молекулярну природу LUCA. По-друге, в живому вигляді LUCA не можна «знайти» - мова йде про реконструкцію того, яким він повинен був бути мільярди років тому. Робиться це на підставі дослідження тих генів, які об'єднують все нині існуюче життя. Звичайно, деякі бактерії, які нині живуть, можуть тією чи іншою мірою бути схожі на нашого спільного стародавнього предка, але бути схожим на нього і бути ним самим - різні речі.
А з чого взагалі хтось вирішив, що мільярди років тому існував якийсь загальний предок, від якого і скам'янілостей не залишилося?
Скам'янілостей LUCA дійсно не залишилося (зате є строматоліти), проте залишилися сліди еволюції в генах клітин, які нині живуть. І ці сліди дозволяють зазирнути в історію еволюції навіть глибше, ніж всі нинішні або майбутні скам'янілості.
Головним аргументом на користь існування LUCA є єдність ключових молекулярних систем у живих клітинах. Наприклад, бактерії, гриби, рослини, люди і археї (без'ядерні одноклітинні організми, зовні схожі на бактерій, але на молекулярному рівні більш близькі до тварин і рослин) використовують один і той же генетичний код. Генетичний код визначає, як послідовність ДНК або РНК перетворюється на послідовність амінокислот у білці. Ніякої об'єктивної (фізичної або хімічної) необхідності в тому, щоб, скажімо, нуклеотиди «GCU» в РНК означали для білка саме амінокислоту «аланин», - ні. Тим не менш, така відповідність дотримується у всіх без винятку клітинах, а значить, вона була успадкована від загального предка (слід уточнити, що взагалі кажучи невеликі модифікації генетичного коду все-таки зустрічаються. Однак у таких випадках відразу кидається в очі, що мова йде про модифікації, - тобто зміни вихідного стандарту - а зовсім не про якісь стародавні варіанти коду).
Крім універсального генетичного коду всі нині живучі клітини об'єднує сотня-інша споріднених генів. Особливо багато таких універсальних генів в області синтезу білка: всі ми використовуємо дуже схожі рибосоми (існує два головних варіанти цих органел, - архейний і бактеріальний - але в глобальному сенсі це майже одне і те ж). Серед необхідних для роботи рибосом допоміжних білків теж багато універсально поширених. Ще у всіх живих клітин є загальні ферменти, які активують амінокислоту перед тим, як приєднати її до зростаючого білка, і всі ми для синтезу РНК користуємося майже однаковими РНК-полімеразами.
Важливо відзначити, що виникнення такої схожості в результаті чистої випадковості або навіть конвергенції абсолютно неймовірно. Конвергенція в еволюції - це коли в подібних умовах з різного матеріалу з'являються подібні ознаки, приклад: крила птахів і кажанів. Чому така можливість неймовірна? Тому що структура універсальних генів залежить насамперед від їх історії, а не від їх поточної функції. Наприклад, можна внести в послідовності універсальних генів дуже багато штучних змін таким чином, що ці гени все одно продовжать працювати. Це говорить про те, що жорсткої функціональної необхідності в тому, щоб універсальні гени були саме такими, якими ми їх спостерігаємо зараз, немає. Подібність між послідовностями генів різних організмів, яку ми бачимо - це результат загального походження, а не загальної функції. Це результат існування спільного предка.
NOAA