Parovi drevnih gena očuvani kod svih organizama rasvetljavaju poreklo zajedničkog pretka

Pitanje porekla života na Zemlji dugo se svodi na jednu centralnu hipotezu – postojanje poslednjeg univerzalnog zajedničkog pretka, poznatog kao LUCA. Iako je opšteprihvaćeno da su svi današnji organizmi potekli od zajedničkog izvora, precizno utvrđivanje genetskog „nasleđa“ tog pretka pokazalo se daleko složenijim nego što se ranije mislilo.

Najnovije istraživanje donosi važan pomak: identifikovani su takozvani univerzalni paralogi – parovi gena koji su nastali duplikacijom u veoma ranoj fazi evolucije i koji su očuvani u svim glavnim granama života, navodi Popular mechanicas.

Preporučujemo

Univerzalni paralozi su geni koji su nastali umnožavanjem jednog istog gena unutar genoma, nakon čega su tokom vremena zadržali sličnu, ali ne nužno identičnu funkciju. Ono što ove paraloge čini izuzetnim jeste njihova prisutnost kod bakterija, arheja i eukariota – tri osnovne domene života. Takva rasprostranjenost sugeriše da su postojali još pre razdvajanja tih linija, dakle u organizmu koji je prethodio svima njima.

Do ovog zaključka naučnici nisu došli jednostavnim poređenjem genoma. Analiza je obuhvatila ogromne baze podataka sa hiljadama genetskih sekvenci iz različitih organizama. Ključni izazov bio je razlikovati prave univerzalne paraloge od gena koji su se kasnije širili horizontalnim prenosom – procesom u kojem organizmi, naročito mikroorganizmi, razmenjuju genetski materijal mimo klasičnog nasleđivanja. Horizontalni prenos može stvoriti lažnu sliku univerzalnosti, pa je bilo neophodno razviti stroge statističke i filogenetske kriterijume kako bi se eliminisale takve mogućnosti.

Istraživači su zato tražili specifične obrasce u genetskim sekvencama – parove gena koji su jasno pokazivali znake drevne duplikacije pre razdvajanja glavnih evolutivnih linija. Ovakvi obrasci se prepoznaju kroz filogenetska stabla koja pokazuju da se svaki član para nalazi u sve tri domene života i da se njihova divergencija može pratiti do zajedničke tačke pre njihovog razdvajanja. Drugim rečima, morali su da dokažu da su oba gena postojala pre nego što su bakterije, arheje i eukarioti krenuli sopstvenim evolutivnim putevima.

Rezultat ove analize jeste skup univerzalnih paraloga koji ukazuju na to da je LUCA posedovao složeniji genetski aparat nego što se ranije pretpostavljalo. Ovi geni povezani su sa fundamentalnim ćelijskim funkcijama – naročito sa procesima vezanim za sintezu proteina i obradu genetske informacije. To sugeriše da je poslednji zajednički predak već imao razvijen mehanizam za replikaciju, transkripciju i translaciju, odnosno kompletan sistem za čuvanje i korišćenje genetskih informacija.

Otkriće univerzalnih paraloga menja i način na koji se posmatra rani tok evolucije. Umesto slike jednostavnog organizma koji je tek započeo evolutivnu diversifikaciju, sve je jasnije da je LUCA bio ćelijski organizam sa već uspostavljenim kompleksnim molekularnim sistemima. Evolucija nakon njega nije krenula od nule, već od već formirane, funkcionalne osnove.

Još jedan važan aspekt istraživanja jeste metodološki pristup. Umesto da traže pojedinačne gene koji su univerzalno prisutni, naučnici su se fokusirali na parove gena čija međusobna srodnost pruža jači dokaz o zajedničkom poreklu. Ovakav pristup smanjuje verovatnoću greške i pruža robusniji okvir za rekonstrukciju rane evolucije. Time se dodatno učvršćuje ideja da je moguće preciznije rekonstruisati genetski profil LUCA koristeći savremene bioinformatičke alate.

Značaj ovog otkrića prevazilazi teorijsku biologiju. Razumevanje koje su genske duplikacije opstale kroz čitavu istoriju života pomaže da se identifikuju najosnovniji i najstabilniji elementi ćelijskog funkcionisanja. Takvi geni predstavljaju temelj života kakav poznajemo, a njihova univerzalnost ukazuje na funkcije bez kojih ćelija ne može opstati.

Ovo istraživanje, dakle, ne pruža samo još jedan dokaz zajedničkog porekla svih živih bića, već daje konkretniji uvid u to kako je taj predak bio organizovan. Univerzalni paralogi predstavljaju molekularne tragove iz najranije faze života, svojevrsne genetske fosile koji su preživeli milijarde godina evolucije. Upravo kroz njih moguće je sagledati strukturu i složenost organizma koji je stajao na početku evolutivnog stabla svih današnjih oblika života.

(Telegraf Nauka / Popular mechanics)