Ранние этапы эволюции жизни оказались сложнее, чем считалось ранее

Два исследователя из Института математики в науке Общества Макса Планка и Токийского технологического института проанализировали тысячи филогенетических деревьев и попытались на основе этих данных определить самые старые гены, а также то, как они эволюционировали и «перемещались» между организмами. О своей работе авторы рассказали в статье журнала Molecular Biology and Evolution.

Биологи разделяют все живые организмы на три основные группы, которые называются доменами. Две из них — бактерии и археи — представляют собой одноклеточные организмы, в то время как третья — эукариоты — включает большинство крупных многоклеточных организмов, с которыми мы все знакомы: грибы, растения и животные. Из этих трех областей позднее всего развились эукариоты, и это в научном сообществе не вызывает споров. Однако кто возник раньше — бактерии или археи?

Более сорока лет назад американские биологи Карл Везе и Джордж Фокс предположили, что эти два домена появились из более примитивного организма или группы организмов, которые ученые теперь называют LUCA, или последний универсальный общий предок. В настоящий момент исследователи понятия не имеют, кем был LUCA. Например, был ли это гетеротрофный организм, который питается уже готовой органической пищей, так же как люди, или автотрофный, который способен производить свою собственную пищу из неорганических соединений? Если бы биологи могли узнать ответы на эти вопросы о LUCA, это могло бы обеспечить еще более глубокое понимание того, как и где возникла первая жизнь на Земле.

Сегодня для поисков ответа на этот вопрос исследователи используют секвенирование ДНК. Сравнение генетического кода организмов позволяет вычислить их родственные связи. Такое сравнение позволяет ученым реконструировать эволюционные отношения между организмами и строить «родословные», которые связывают их во времени. Сравнение последовательностей ДНК показало, что все организмы на Земле связаны друг с другом, и это позволяет ученым построить «древо жизни», которое показывает, кем они эволюционно приходятся друг другу.

Однако здесь есть одно серьезное осложнение. Помимо нормального наследования ДНК от родителей к потомкам, которое доминирует в высших организмах, таких как мы, у микроорганизмов фрагменты ДНК также могут «перепрыгивать» от одного к другому. Это может происходить различными способами; например, иногда вирусы могут перемещать гены из одного организма в другой. Было выдвинуто предположение, что самые ранние организмы, возможно, более быстро менялись в ходе эволюции потому, что они не были способны копировать информацию так же точно, как современные, и благодаря более широкому «прыжку генов». Если это так, то использование современной ДНК для понимания древней эволюции может вызывать серьезные ошибки в интерпретации результатов исследований.

Авторы новой работы подтвердили эту точку зрения. Но несмотря на это, исследование биологов дает представление о том, как быстро организмы могли эволюционировать миллиарды лет назад. Проведенный учеными анализ показал, что в начале жизненного цикла различные типы генов изменялись с разной скоростью. Это говорит о том, что частота ранних мутаций была намного выше, чем в настоящее время, а вклад «перепрыгивания» генов был больше. В результате исследователи пришли к выводу, что предыдущие работы иногда значительно занижали выборку имеющихся данных. По подсчетам ученых, на основе этих измерений нельзя дать однозначный ответ на вопросы о скорости ранней эволюции. Но исследователи показали, что ранняя эволюция сильно отличалась от той, что наблюдается в настоящее время.

Новый анализ предоставляет свидетельства того, что ее темп был гораздо быстрее. Хотя мы не можем точно знать, какими были ранние организмы, похоже, что формы жизни в начале своего эволюционного пути мутировали и развивались очень быстро. Тем не менее исследователи считают, что нам нужно разработать новые способы анализа доступных данных о последовательностях ДНК, так как существующие методы не позволяют заглянуть глубже определенного предела.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.