Это все от Луки

Нашли ли биологи настоящего «предка всего живого»
Таисия Филиппова

На этой неделе немецкие биологи под руководством Уильями Мартина из Университета Дюссельдорфа опубликовали новую реконструкцию генома LUCA. Статья очень понравилась СМИ, журналисты объявили о том, что вот, наконец-то мы узнали, как выглядел наш всеобщий предок и где он живет. Здесь мы попробовали максимально просто объяснить: что на самом деле нового в новой работе, кто такой LUCA, как биологи его ищут и действительно ли его удалось сейчас найти.

Что это за организм, «Лука», которого сейчас нашли биологи? Что за странное имя?

«Лука» это Last Universal Common Ancestor — последний общий предок всех ныне существующих живых организмов. Поскольку все мы, — включая грибы, бактерий и каких-нибудь экстремофилов из глубин океана — родственники, то, очевидно, у всех у нас есть общие предки. LUCA это не просто общий предок, а последний общий предок для всей ныне известной жизни.

Его действительно сейчас удалось найти ученым? И как он выглядит?

Нет, здесь проблема в словах «сейчас» и «найти». Во-первых, концепция единого последнего общего предка появилась далеко не «сейчас»: ее предлагал еще Дарвин, а с развитием геномики в последние два десятилетия появилось множество работ о конкретной молекулярной природе LUCA. Во-вторых, в живом виде LUCA нельзя «найти» — речь идет о реконструкции того, каким он должен был быть миллиарды лет назад. Делается это на основании исследования тех генов, которые объединяют всю ныне существующую жизнь. Конечно, некоторые ныне живущие бактерии могут в той или иной степени быть похожи на нашего общего древнего предка, но быть похожим на него и быть им самим — разные вещи.

А с чего вообще кто-то решил, что миллиарды лет назад существовал какой-то общий предок, от которого и окаменелостей-то не осталось?

Окаменелостей LUCA действительно не осталось (зато есть строматолиты), однако остались следы эволюции в генах ныне живущих клеток. И эти следы позволяют заглянуть в историю эволюции даже глубже, чем все нынешние или будущие окаменелости.

Главным аргументом в пользу существования LUCA является единство ключевых молекулярных систем в живых клетках. Например, бактерии, грибы, растения, люди и археи (безъядерные одноклеточные организмы, внешне похожие на бактерий, но на молекулярном уровне более близкие к животным и растениям) используют один и тот же генетический код. Генетический код определяет то, как последовательность ДНК или РНК превращается в последовательность аминокислот в белке. Никакой объективной (физической или химической) необходимости в том, чтобы, скажем, нуклеотиды «GCU» в РНК означали для белка именно аминокислоту «аланин», — нет. Тем не менее, такое соответствие соблюдается во всех без исключения клетках, а значит, оно было унаследовано от общего предка (следует уточнить, что вообще говоря небольшие модификации генетического кода все-таки встречаются. Однако в таких случаях сразу бросается в глаза, что речь идет о модификациях, — то есть изменениях исходного стандарта — а вовсе не о каких-то древних вариантах кода).

Помимо универсального генетического кода все ныне живущие клетки объединяет сотня-другая родственных генов. Особенно много таких универсальных генов в области синтеза белка: все мы используем очень похожие рибосомы (существует два главных варианта этих органелл, — архейный и бактериальный — но в глобальном смысле это почти одно и то же). Среди необходимых для работы рибосом вспомогательных белков тоже много универсально распространенных. Еще у всех живых клеток есть общие ферменты, которые активируют аминокислоту перед тем, как присоединить ее к растущему белку, и все мы для синтеза РНК пользуемся почти одинаковыми РНК-полимеразами.

Важно отметить, что возникновение такого сходства в результате чистой случайности или даже конвергенции совершенно невероятно. Конвергенция в эволюции — это когда в сходных условиях из разного материала появляются сходные признаки, пример: крылья птиц и летучих мышей. Почему такая возможность невероятна? Потому что структура универсальных генов зависит прежде всего от их истории, а не от их текущей функции. Например, можно внести в последовательности универсальных генов очень много искусственных изменений таким образом, что эти гены все равно продолжат работать. Это говорит о том, что жесткой функциональной необходимости в том, чтобы универсальные гены были именно такими, какими мы их наблюдаем сейчас, нет. Сходство между последовательностями генов разных организмов, которое мы видим — это результат общего происхождения, а не общей функции. Это результат существования общего предка. https://nplus1.ru/material/2016/07/29/luca