Mano aptikę išnykusio genetinio kodo, kuris atsirado anksčiau nei DNR, pėdsakus

Analizuodami senovinių baltymų sekas mokslininkai nustatė, kad ankstyvoji gyvybė pirmenybę teikė mažesnėms aminorūgštims, o sieros junginius įtraukė daug anksčiau, nei manyta anksčiau. Tai paneigia ilgai vykdytus eksperimentus ir atveria galimybę, kad išnykę genetiniai kodai egzistavo anksčiau nei mūsų.

Gyvybės kilmės kodo įveikimas 

Nepaisant įkvepiančios įvairovės, beveik visa gyvybė Žemėje – nuo mažyčių bakterijų iki didžiulių mėlynųjų banginių – turi tą patį genetinį kodą. Tačiau kaip ir kada tiksliai šis kodas atsirado, tebėra mokslinių diskusijų objektas. 

Arizonos universiteto (JAV) Genetikos tarpdisciplininės programos doktorantas Sawsanas Wehbi atrado svarių įrodymų, kurie paneigia visuotinai priimtą požiūrį į genetinio kodo evoliuciją. Žurnale PNAS paskelbtame tyrime S. Wehbi ir jos komanda teigia, kad aminorūgščių – pagrindinių kodo sudedamųjų dalių – įtraukimo į genetinį kodą eiliškumas neatitinka ilgą laiką vyravusios „konsensuso“ teorijos. Jų išvados skatina iš naujo įvertinti, kaip atsirado universalus gyvybės planas.

Stebėtina kodo raida 

„Genetinis kodas yra nuostabus dalykas, kai DNR arba RNR eilutė, sudaryta iš keturių nukleotidų sekų, verčiama į baltymų sekas, kuriose naudojama 20 skirtingų aminorūgščių, – sako vyresnioji straipsnio autorė, Jungtinės Amerikos Valstijos ekologijos ir evoliucinės biologijos profesorė Joanna Masel. – Tai protu nesuvokiamai sudėtingas procesas, o mūsų kodas yra stebėtinai geras. Jis yra beveik optimalus visai eilei dalykų, ir turėjo išsivystyti etapais“. 

Tyrimas atskleidė, kad ankstyvoji gyvybė pirmenybę teikė mažesnėms aminorūgščių molekulėms, o ne didesnėms ir sudėtingesnėms, kurios atsirado vėliau – o aminorūgštys, kurios jungiasi su metalais, prisijungė daug anksčiau, nei manyta anksčiau. Galiausiai komanda atrado, kad šiandieninis genetinis kodas greičiausiai atsirado po kitų kodų, kurie vėliau išnyko. 

Klasikinių eksperimentų pervertinimas 

Autoriai teigia, kad dabartinis supratimas apie kodo evoliuciją yra klaidingas, nes remiasi klaidinančiais laboratoriniais eksperimentais, o ne evoliucijos įrodymais. Pavyzdžiui, vienas iš tradicinio požiūrio į genetinio kodo evoliuciją kertinių akmenų remiasi garsiuoju 1952 m. Urey-Millerio eksperimentu, kuriuo bandyta imituoti ankstyvosios Žemės sąlygas, kuriomis, tikėtina, atsirado gyvybė.

Nors šis eksperimentas vertingas tuo, kad įrodė, jog iš negyvosios medžiagos paprastų cheminių reakcijų būdu gali atsirasti gyvybės sudedamosios dalys (įskaitant aminorūgštis), jo reikšme buvo suabejota. Pavyzdžiui, jo metu nebuvo gauta jokių aminorūgščių, turinčių sieros – nors ankstyvojoje Žemėje šio elemento buvo gausu. Todėl manoma, kad sieros aminorūgštys prie kodo prisijungė daug vėliau. Tačiau šis rezultatas nestebina – turint omenyje, kad siera nebuvo įtraukta į eksperimento sudedamąsias dalis.

Siera ir nežemiškos gyvybės paieškos

Pasak vieno iš autorių, Mėnulio ir planetų laboratorijos (JAV) profesoriaus Dante’s Lauretta’o, ankstyvoji gyvybė, kurioje gausu sieros, yra svarbi astrobiologijai – ypač siekiant suprasti galimas nežemiškos aplinkos gyvenamąsias sąlygas ir biologinius požymius.

„Tokiuose pasauliuose kaip Marsas, Enceladas ir Europa, kur vyrauja sieros junginiai, tai galėtų padėti mums ieškoti gyvybės, išryškinant analogiškus biogeocheminius ciklus ar mikrobų metabolizmą“, – sako mokslininkas jis. – Tokios įžvalgos gali padėti patobulinti biosignatūrų paieškas, padedant aptikti gyvybės formas, kurios klesti daug sieros turinčiose arba analogiškose cheminėse terpėse už Žemės ribų.“ 

Naujas požiūris į evoliucijos sekimą 

Kad išanalizuotų amino sekas visame gyvybės medyje iki pat paskutinio universalaus bendro protėvio (hipotetinės organizmų populiacijos, kuri gyveno maždaug prieš 4 mlrd. metų ir yra bendras visos dabartinės gyvybės Žemėje protėvis, angl. last universal common ancestor, LUCA), tyrėjų komanda pasitelkė naują metodą. Kitaip nei ankstesniuose tyrimuose, kuriuose buvo naudojamos pilno ilgio baltymų sekos, S. Wehbi ir jos grupė daugiausia dėmesio skyrė trumpesnėms aminorūgščių atkarpoms – baltymų domenams.

„Jei įsivaizduotume, kad baltymas yra automobilis, tai domenas būtų tarsi ratas, – aiškina S. Wehbi. – Tai dalis, kurią galima naudoti daugelyje skirtingų automobilių, o ratai egzistuoja daug ilgiau nei automobiliai.“ 

Siekdami nustatyti, kada konkreti aminorūgštis greičiausiai buvo įtraukta į genetinį kodą, tyrėjai naudojo statistinės duomenų analizės priemones, kad palygintų kiekvienos atskiros aminorūgšties praturtėjimą baltymų sekose, datuojamose nuo LUCA ir dar toliau. Aminorūgštis, kurios pirmenybė buvo senosiose sekose, greičiausiai buvo įtraukta anksti. Ir atvirkščiai, LUCA sekos yra nuskurdintos aminorūgščių, kurios buvo atsirado vėliau, bet tapo prieinamos tuo metu, kai atsirado ne tokios senos baltymų sekos. 

Išnykusių kodų genetinių pėdsakų atradimas 

Komanda identifikavo daugiau nei 400 šeimų sekų, siekiančių LUCA laikus. Daugiau nei 100 iš jų atsirado dar anksčiau ir diversifikavosi dar iki LUCA. Paaiškėjo, kad jose yra daugiau aminorūgščių su aromatinių žiedų struktūromis – pavyzdžiui, triptofano ir tirozino – nepaisant to, kad šios aminorūgštys į mūsų kodą buvo įtrauktos vėlai. 

„Tai suteikia užuominų apie kitus genetinius kodus, kurie atsirado anksčiau už mūsų, ir kurie vėliau geologinio laiko bedugnėje išnyko, – sako J. Masel. – Atrodo, kad ankstyvajai gyvybei patiko žiedai.“

Tyrimas paskelbtas žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).