Сваки организам који данас живи води своју лозу до једног заједничког претка који је живео пре око четири милијарде година. Научници овај организам називају „последњим универзалним заједничким претком“ и представља најранији облик живота који се тренутно може испитати коришћењем утврђених еволуционих метода.
Истраживања о овом древном претку показују да су многе карактеристике виђене у савременом животу већ постојале у то време. Ћелије су већ имале мембране, а генетске информације су чуване у ДНК. Пошто су ове суштинске особине већ успостављене, научници који желе да схвате како се живот први пут обликовао морају погледати још даље у прошлост, на еволуционе догађаје који су се десили пре него што је постојао овај заједнички предак.
Проучавање живота пре првог заједничког претка
У студији објављеној у часопису Целл Геномицсистраживачи Аарон Голдман (Колеџ Оберлин), Грег Фоурниер (МИТ) и Бетул Кацар (Универзитет Висконсин-Медисон) описују начин истраживања тог ранијег периода еволуције. „Док је последњи универзални заједнички предак најстарији организам који можемо да проучавамо еволуционим методама“, рекао је Голдман, „неки од гена у његовом геному били су много старији“. Тим се фокусира на посебну групу гена под називом „универзални паралози“, који чувају доказе о биолошким променама које су се десиле пре последњег универзалног заједничког претка.
Паралог је група сродних гена који се појављују више пута унутар једног генома. Људи пружају јасан пример. Наша ДНК садржи осам различитих гена за хемоглобин, од којих сви производе протеине који преносе кисеоник кроз крв. Сви ови гени потичу из једног гена глобина предака који је постојао пре око 800 милиона година. Током дугих временских периода, поновљене грешке у копирању произвеле су додатне верзије гена, а свака копија је постепено развила своју специјализовану улогу.
Шта чини универзалне паралоге јединственим
Универзални паралози су много ређи. Ове породице гена појављују се у најмање две копије у геномима скоро свих живих организама. Њихово широко присуство сугерише да се првобитно умножавање гена догодило пре него што се појавио последњи универзални заједнички предак. Ти дуплирани гени су потом преношени кроз безброј генерација и данас су присутни у животу.
Због овог дубоког еволуционог домета, аутори тврде да су универзални паралози критичан, али често занемарен ресурс за проучавање најраније историје живота на Земљи. Овај приступ постаје све практичнији јер нове технике засноване на вештачкој интелигенцији и хардвер оптимизован за вештачку интелигенцију олакшавају детаљну анализу древних генетских образаца.
„Иако постоји драгоцено мало универзалних паралога које знамо“, каже Голдман, „они нам могу дати много информација о томе какав је живот био пре времена последњег универзалног заједничког претка“. Фурније додаје: „Историја ових универзалних паралога је једина информација коју ћемо икада имати о овим најранијим ћелијским линијама, и зато морамо пажљиво да извучемо што више знања из њих.
Трагови за прве ћелијске функције
У својој анализи, Голдман, Фоурниер и Кацар су прегледали све познате универзалне паралоге. Сваки од ових гена игра улогу у изградњи протеина или премештању молекула кроз ћелијске мембране. Овај налаз сугерише да су производња протеина и мембрански транспорт били међу првим биолошким функцијама које су се развиле.
Истраживачи такође наглашавају важност реконструкције древних облика ових гена. У једној студији из Голдманове лабораторије у Оберлину, научници су испитали универзалну породицу паралога укључену у убацивање ензима и других протеина у ћелијске мембране. Користећи стандардне методе из еволуционе биологије и рачунарске биологије, реконструисали су протеин који је произвео оригинални ген предака.
Њихови резултати су показали да се овај једноставнији, древни протеин и даље може везати за ћелијске мембране и ступити у интеракцију са машинама које праве протеине. Вероватно је помогло раним протеинима да се уграде у примитивне мембране, нудећи увид у то како су најраније ћелије можда функционисале.
Нови прозор у најранију историју живота
Аутори се надају да ће континуирани напредак у рачунарским алатима омогућити научницима да идентификују додатне универзалне паралогне породице и детаљније проуче своје древне претке. „Праћењем универзалних паралога“, каже Качар, „можемо да повежемо најраније кораке живота на Земљи са алатима модерне науке. Они нам пружају прилику да трансформишемо најдубље непознанице еволуције и биологије у открића која заправо можемо да тестирамо.“ Њихов циљ је да изграде јаснију слику еволуције пре последњег универзалног заједничког претка, бацајући светло на то како је живот какав познајемо први пут настао.
