Проучването показва, че първите живи организми са предпочитали къси аминокиселини и сложни серни съединения много по-рано, отколкото се е смятало досега. Това откритие оспорва класическата хипотеза за еволюцията на генетичния код и предполага съществуването на изчезнали генетични кодове, които предхождат съвременната ДНК. Въпреки невероятното разнообразие всички форми на живот на Земята имат един и същ генетичен код, състоящ се от едни и същи аминокиселини. Според общоприетата хипотеза този генетичен код е бил сглобен от ранни аминокиселини, които са присъствали на планетата преди възникването на живота. След това от тези ранни аминокиселини би трябвало да са възникнали така наречените „късни“ аминокиселини, които изискват биотичен синтез. Експериментът на Урей-Милър от 1952 г., който става основа на повечето хипотези за еволюцията на генетичния код, показва, че инертната материя може да генерира градивните елементи на живота чрез прости химични реакции.
Експериментът установява сравнително точен ред на аминокиселините за формиране на генетичния код на първите живи организми. Въз основа на този експеримент изследователите изказват хипотезата, че първите аминокиселини, които формират генетичния код, са най-полезните за структурата на клетъчните мембрани. След това били набрани аминокиселини, полезни за процесите на сгъване, последвани от аминокиселини с метални връзки и аминокиселини с антиоксидантни свойства. Въпреки това точният момент на възникване на съвременния генетичен код все още е предмет на спорове. По-специално, при експеримента на Урей-Милър не е получена нито една сяросъдържаща аминокиселина.
Поради това е прието да се смята, че сяросъдържащите аминокиселини са били включени в генетичния код много по-късно. Въпреки това сярата е била един от най-разпространените елементи на първичната Земя. От друга страна, не е изненадващо, че при експеримента на Урей-Милър не са получени сяросъдържащи аминокиселини, тъй като сярата не е била сред използваните реактиви. В резултат на това истинското участие на известния експеримент в еволюцията на генетичния код напоследък е поставено под въпрос. Изследователи от Университета на Аризона и Университета на Алберта смятат, че еволюцията на генетичния код е слабо проучена, тъй като се основава предимно на лабораторни експерименти, а не на еволюционни данни. Резултатите от тяхното изследване, основано на анализи на древни протеинови последователности, разкриват нови доказателства, които противоречат на общоприетата хипотеза. „Генетичният код е удивително нещо, при което низ от ДНК или РНК, съдържащ последователности от четири нуклеотида, се превръща в белтъчни последователности с помощта на 20 различни аминокиселини“, обяснява Джоана Масел от Университета в Алберта, един от водещите автори на изследването, в блога на Университета в Аризона. „Това е невероятно сложен процес, а нашият код е изненадващо ефективен. Той е близък до оптималния за редица неща и е трябвало да еволюира на етапи“, заявява тя. Късите аминокиселини са първите, които се интегрират в генетичния код
Изследователският екип използва метод за секвениране, който анализира аминокиселинни последователности, стигащи до протеома на последния универсален общ предшественик (или LUCA). Това е хипотетична популация от организми, които са живели преди 4 милиарда години и представляват общия прародител на целия живот на Земята. Смята се, че в нея се крие ключът към произхода на биологичната катализа. За разлика от предишни изследвания, при които са анализирани пълни протеинови последователности, учените са се фокусирали върху по-кратки сегменти от аминокиселини, наречени „протеинови домени“. „Ако си представите белтъка като автомобил, домейнът е като колело“, обяснява Савсан Вехби от Университета в Аризона, водещ автор на изследването, подробно описано в списание PNAS. „Това е част, която може да се използва в различни автомобили, а колелата съществуват много по-дълго от автомобилите.“ За да определят кога са били добавени конкретни аминокиселини към генетичния код, изследователите използват инструмент за статистически анализ на данни. Той е използван за сравняване на скоростта на включване на отделни аминокиселини с течение на времето на ниво последователности, стигащи до LUCA. Ако дадена аминокиселина се появява предимно в по-стари последователности, това предполага, че тя е била набавена много рано.
От друга страна, аминокиселини, които са се появили по-късно, не са открити в най-старите последователности, връщащи се назад към LUCA. Резултатите показват, че късите аминокиселини са били набавени първи, докато по-дългите и по-сложни аминокиселини са били включени по-късно. Освен това сяросъдържащите аминокиселини и аминокиселините с метални връзки са се появили много по-рано, отколкото се смяташе досега. Освен това изследователите идентифицирали повече от 400 семейства от последователности, датиращи от LUCA. Повече от сто от тях трябва да са се появили още по-рано и да са се диверсифицирали още преди LUCA. Те съдържали аминокиселини с пръстеновидни ароматни структури, като триптофан и тирозин. Екипът стига до заключението, че съвременният генетичен код вероятно се е появил след други кодове, които вече са изчезнали. Според Масел тези резултати „ни дават сведения за други генетични кодове, които са предшествали нашия и след това са изчезнали в бездната на геологичното време“.
Потенциални нови биосигнатури за астробиологията Според изследователите тези открития могат да имат важни последици за астробиологията. Богатият на сяра характер на първите аминокиселинни прекурсори на живота би могъл да открие пътя към идентифицирането на нови биосигнатури. Освен това планетарните тела, считани за най-обещаващи за търсене на извънземен живот (като Марс, Енцелад, Европа и др.), съдържат големи количества серни съединения. „Подобна информация би могла да усъвършенства това, което търсим в биосигнатурите, и да улесни откриването на форми на живот, които процъфтяват в богати на сяра или химически сходни среди извън Земята“, заключава Данте Лаурета от Университета на Алберта, също съавтор на изследването.
Comments