27.07.2016 | Наука

Последний общий предок всех живых организмов вдыхал водород из подводных вулканов

Химическая цепь событий, которая привела к зарождению жизни на Земле, вероятно, навсегда потеряна в глубине веков. Хотя учёные порой и пытаются восстановить цепь событий.

Фото NOAA Office of Ocean Exploration; Dr. Bob Embley, NOAA PMEL

Однако, по словам специалистов, некоторые из ранних предков всего живого на Земле оставили следы в генах, которые они передали своим потомкам.

Генетики для того, чтобы отследить эти общие гены, изучили почти 2000 геномов современных микроорганизмов. И теперь исследователи сообщают, что они использовали этот вид геномного анализа, чтобы получить новое понимание о повседневной жизни нашего последнего универсального всеобщего предка, которого прозвали LUCA. Этот термин был введён специально для обозначения ближайшего общего предка всех ныне живущих на Земле живых организмов.

Полученные результаты предполагают, что LUCA был теплолюбивым микроорганизмом, который питался газообразным водородом и обитал в мире, лишённым кислорода. Всё это усиливает подозрения учёных, что жизнь на Земле сформировалась в или вокруг гидротермальных источников, таких как те, что находятся рядом с подводными вулканами.

Сегодня же клетки, которые образуют всё живое на Земле, объединены в три большие группы: бактерии, археи и эукариоты. Первые две относятся к прокариотам – клеткам без ядра. Позже в ходе эволюции были сформированы эукариоты – клетки с ядром, которые составляют все сложные многоклеточные организмы, включая растения и животных.

На сегодня генетические исследования выявили несколько подсказок относительно того, каким был LUCA. Большинство научных работ делает вывод, что, вероятно, как и современные клетки, LUCA хранил генетическую информацию с помощью ДНК. Этот микроорганизм также строил белки и использовал аденозинтрифосфат в качестве своей "валюты" для энергии.

Но гораздо труднее генетикам было узнать другие подробности жизни LUCA. Основная трудность: микробы не только передают гены своим потомкам, но и обмениваются ими со своими соседями в процессе, который называется горизонтальным переносом генов. В результате учёным из-за такой генетической путаницы трудно установить точный образ жизни LUCA.

Однако учёные не намерены были отступаться от головоломки. Исследователи, работающие под руководством Уильяма Мартина (William Martin), эволюционного биолога из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе, приняли более строгий подход к выявлению генов, которые, вероятно, передавались именно по наследству. Вместо того чтобы искать гены, которые разделяют один вид бактерий и архей, они искали те, которые разделяют минимум два вида бактерий и архей.

Это исследование дало первоначальные шесть миллионов генов, сгруппированных в более чем 286 тысяч семейств. Дальнейший анализ показал, что только 355 этих семейств генов широко распространены во всех современных организмах. Ориентируясь на эти "километровые столбики" учёные смогли отследить путь эволюции от одного вида предка ко всем его потомкам. Так 355 семейств генов привели учёных к пониманию того, каким, вероятно, и был LUCA.

По словам Мартина, эти семейства генов отражают возможный метаболизм LUCA. Прежде всего они показывают, что LUCA был анаэробом, то есть он рос в среде, лишённой кислорода. Большинство современных клеток остро нуждаются в нём, однако в прежние времена были совсем другие условия.

Новые данные вполне согласуются со знаниями учёных о том, что происходило на Земле четыре миллиарда лет назад – в период, известный как поздняя тяжёлая бомбардировка. Прошло не так много времени после формирования планеты, как метеориты и кометы начали постоянно падать на поверхность Земли, вода периодически выкипала, а атмосфера не содержала кислорода.

Изучение генов также показало, что LUCA был почти наверняка теплолюбивым "термофилом", который питался газообразным водородом (H2). Сегодня многие микробы производят H2. Но, поскольку LUCA предшествовал всем им, он, вероятно, находил пропитание близ геологических источников водорода, например, гидротермальных источников, которые расположены недалеко от подводных вулканов.

Джеймс Лейк (James Lake), эволюционный биолог из Калифорнийского университета, назвал новую работу "замечательной" и отметил "важный шаг вперёд". По его мнению, LUCA разделял свой образ жизни с двумя группами современных "существ": клостридиями (clostridium), род анаэробных бактерий, и археями метаногенами. И, как заключает учёный, несмотря на то, что LUCA давно уже нет, его ближайшие родственники всё ещё могут существовать рядом с нами.

Исследование было опубликовано в научном издании Nature Microbiology.

По публикациям UkrNet