Одноклітинний організм, що дав початок всім доменам земного життя, жив поруч з вулканічними гарячими джерелами на дні океану і харчувався воднем, що виходить з них.
Всі живі істоти на землі діляться бактерій, архей і еукаріот, до яких належимо і ми з вами. (Є ще віруси, але, оскільки вони являють собою, грубо кажучи, білково-нуклеїнові комплекси, то їх ставлять дещо осторонь від тих, хто складається з клітин.)
У дуже далекому минулому всі три домени життя - бактерії, археї та еукаріоти - сходилися в одній точці, яка називається останнім універсальним загальним предком, або LUCA (Лука) - last universal common ancestor.
Лука жив на Землі приблизно 3,5-3,8 млрд років тому, і в ньому вже були зображені всі основні риси земного життя: його спадкова інформація у вигляді генетичного коду зберігалася в ДНК, білки складалися з 20 амінокислот, енергія запасалася у вигляді АТФ тощо. Але це тільки в самих загальних рисах. Нам, звичайно, хочеться знати більше подробиць про життя Луки, а як їх дізнаєшся без машини часу? Палеонтологічних останків від стародавнього одноклітинного, природно, не залишилося. Так що в нашому розпорядженні є тільки один спосіб: вишукувати ознаки останнього спільного предка в геномах сучасних форм життя.
Суть такого методу інтуїтивно зрозуміла: якщо, наприклад, ми бачимо, що у кишкової палички і у нас є якийсь спільний ген, то ми можемо з упевненістю сказати, що цим геном нас нагородив якийсь загальний предок, від якого відбулися і люди, і бактерії. Зрозуміло, що навряд чи подібні гени будуть абсолютно однаковими, все-таки за мільйони років еволюції в них можуть накопичитися відмінності, що впливають або не впливають на їхні функції. Але, так чи інакше, враховуючи такі відмінності, все-таки можна сказати, наскільки «молодий» або «старий» конкретний ген, який у нього «родовід» і т. д.
Однак, якщо ми візьмемося порівнювати геноми бактерій, то зіткнемося з істотною проблемою, яка називається горизонтальне перенесення генів. Як відомо, бактерії можуть передавати генетичну інформацію не тільки по лінії предок-нащадок, а й просто один одному. Горизонтальне перенесення в бактеріальному світі надзвичайно поширене, так що часом буває важко сказати, звідки у тієї чи іншої групи бактерій взявся якийсь конкретний ген: чи то вони прийшов з глибини століть (і тоді ми можемо говорити про те, що він був у предків цієї групи), чи то він прийшов звідкись з боку, від іншої групи бактерій.
Проте дослідникам з Дюссельдорфського університету ім. Генріха Гейне вдалося подолати труднощі, пов'язані з горизонтальним перенесенням. Намагаючись уточнити портрет останнього універсального спільного предка, вони шукали гени, які були б спільними для бактерій і для архей, але при тому бактерій і архей порівнювали не по одиночці - по одному різновиду від тих і від інших - а парами. Тобто сенс був у тому, щоб знайти такі гени, які були б одночасно у двох різних бактерій і у двох різних архей - в такому випадку зменшувалася ймовірність того, що гени розійшлися по бактеріях і архіях в результаті горизонтального перенесення.
Спочатку в розпорядженні авторів роботи було 6 млн генів, з 286 000 сімейств; після докладного аналізу з 6 млн залишилося всього 355 - очевидно, саме вони з великою ймовірністю і були в геномі Луки.
Про що можна судити за цими 355 генами? У статті в Nature Microbiology автори пишуть, що, судячи з усього, останній загальний предок був анаеробом, що не дивно - в ті часи кисню в атмосфері було мало, і перевага була за тими, чий обмін речовин не був на нього зав'язаний. Крім того, Лука, очевидно, був термофілом і харчувався воднем.
Зараз на Землі теж є археї, які як джерело енергії (тобто своєрідної їжі) використовують H2, окисляючи його і перетворюючи на метан. Такий тип метаболізму вважається досить стародавнім, і раніше вже висловлювалися припущення, що найдавніший загальний предок жив саме на водні, але тепер це вдалося показати за допомогою порівняльного генетичного аналізу.
Нині живуть «водоспожирачі» беруть його з різних джерел, у тому числі і від мікробів, які самі виробляють H2. Але за часів Луки ніяких таких мікробів ще не було, тому йому, очевидно, доводилося селитися поруч з гідротермальними джерелами на океанському дні, які були для нього постачальників водню - і тут його термофільність, тобто здатність жити і розвиватися при високих температурах, припала як не можна до речі.
Взагалі, гідротермальні джерела, або «чорні курці», користуються великою популярністю в теоріях виникнення життя. Так, минулого року ми писали про те, що фізичні умови поблизу «чорних курців» могли сприяти ще доклітинній еволюції, коли в стародавньому океані «мешкали» тільки найдавніші молекули РНК, і згодом еволюція РНК зробила можливою появу клітинних організмів.
Враховуючи, що Лука, швидше за все, теж тримався поруч з гідротермальними джерелами, їх сміливо можна назвати колискою земного життя.
За матеріалами Science.