Mokslininkams pavyko pažvelgti į pačią gyvybės aušrą Žemėje – gerokai anksčiau nei atsirado sudėtingos ląstelės ir pirmieji žinomi organizmai. Remdamiesi šiuolaikinių gyvų būtybių genetiniu kodu, jie rekonstruoja procesus, vykusius prieš daugiau kaip 4 mlrd. metų, kai mūsų planeta dar tik kūrė sąlygas gyvybei.
JAV biologai rado būdą pažvelgti į Žemės istoriją net 4,2 mlrd. metų atgal. Paaiškėjo, kad mūsų tolimiausio protėvio genai veikia kaip savotiškas archyvas: juose išliko informacijos apie gyvybę, egzistavusią dar iki tol, kol gamta sukūrė pirmąsias sudėtingas ląsteles.
Anksčiau manyta, kad sužinoti, kas vyko iki LUCA (paskutinio universalaus visų šiuolaikinių organizmų bendro protėvio), neįmanoma, nes iš to laikotarpio nėra išlikusių fosilijų. Tačiau Oberlino koledžo, MIT ir Viskonsino-Madisono universiteto mokslininkų grupė parodė, kad šiuolaikinių organizmų genetinis kodas išsaugojo atmintį apie pačius seniausius savo pirmtakus.
„Universalių paralogų“ metodas
Pagrindiniu atradimo raktu tapo vadinamieji universalūs paralogai – labai seni dubliuoti genai, aptinkami visose gyvybės formose: bakterijose, archėse ir eukariotuose. Mokslininkų logika paprasta: jeigu tam tikras genas visose dabartinėse gyvybės šakose egzistuoja dviejose kopijose, vadinasi, jo padvigubėjimas įvyko dar organizmuose, kurie gyveno prieš atsirandant LUCA.
Pasak tyrėjų, jeigu LUCA yra tarsi mūsų giminės medžio kamienas, tai šie pirminiai dublikatai – jo šaknys. Tai leidžia susieti seniausias chemines reakcijas planetoje su šiuolaikinės biologijos „įrankiais“.
Tyrėjai daugiausia dėmesio skyrė aminoacil-tRNR sintetazėms – genams, atsakingiems už baltymų sintezę. Analizė parodė, kad perėjimas prie šiuolaikinio genetinio kodo buvo ilgas ir sudėtingas procesas, perėjęs daugybę biosintezės etapų dar iki mūsų bendro protėvio atsiradimo.
Vis labiau aiškėja, kad LUCA nebuvo nei pirma, nei vienintelė gyvybės forma planetoje. Greičiau jis gyveno jau susiformavusioje ir gana produktyvioje ekosistemoje. Dauguma to laikotarpio baltymų negrįžtamai išnyko dėl evoliucijos ir nuolatinio genų apsikeitimo tarp mikroorganizmų, tačiau nedidelė išlikusių paralogų dalis šiandien yra neįkainojama – tai vieninteliai tiesioginiai gyvybės aušros liudytojai.
Šis tyrimas išplečia biologijos ribas ir leidžia tikrinti hipotezes apie gyvybės atsiradimą, kurios iki šiol buvo laikomos beveik vien teorinėmis. Universalūs paralogai yra vieninteliai „liudytojai“ epochos, iš kurios Žemės geologiniuose sluoksniuose nebeliko jokių fizinių pėdsakų.
