Novo otkriće menja udžbenike biologije: Evolucija genetskog koda nije tekla kako se do sada verovalo

Genetski kod predstavlja osnovu za život na našoj planeti, povezujući DNK i RNK sa proteinima koji izgrađuju i održavaju svaki oblik života. Iako život na Zemlji zadivljuje svojom raznolikošću, od mikroskopskih bakterija do džinovskih plavih kitova, svi organizmi dele isti univerzalni genetski kod. Kako i kada je taj kod nastao, ostaje jedno od najzagonetnijih pitanja biologije, piše Phys.org.

Nedavna studija koju je vodila Sosan Vebi, doktorant na Univerzitetu Arizone, pokazala je da tradicionalni modeli evolucije genetičkog koda nisu sasvim tačni i da su potrebne značajne revizije. Studija je objavljena u prestižnom časopisu PNAS, a rezultati dovode u pitanje opšteprihvaćene teorije i eksperimente koji su definisali naše razumevanje porekla koda.

Preporučujemo

- Genetski kod je zadivljujući sistem u kojem sekvence od tri nukleotida, poznate kao kodoni, u DNK ili RNK prevode u proteinske sekvence koristeći 20 različitih aminokiselina. To je zapanjujuće složen proces, a naš kod je iznenađujuće dobar. Gotovo je optimalan za mnoge funkcije i sigurno je evoluirao u fazama - objašnjava Džoana Masel, koautor studije i profesor ekologije i evolucione biologije na Univerzitetu Arizone.

Ključno otkriće studije je da su rani oblici života preferirali jednostavnije i manje molekule aminokiselina, dok su složenije aminokiseline dodate kasnije. Zanimljivo je da su se aminokiseline koje se vezuju za metale pojavile mnogo ranije nego što se do sada mislilo, što dovodi do važnih pitanja o uslovima na ranoj Zemlji i evoluciji metaboličkih procesa.

Jedan od najpoznatijih eksperimenata koji je oblikovao razumevanje porekla života jeste Urej-Milerov eksperiment iz 1952. godine. Eksperiment je pokušao da simulira uslove na ranoj Zemlji i pokazao je da neživa materija može proizvesti aminokiseline, gradivne blokove života, kroz jednostavne hemijske reakcije. Međutim, kako autori studije ističu, eksperiment ima ozbiljne nedostatke.

Na primer, eksperiment nije proizveo aminokiseline koje sadrže sumpor, uprkos činjenici da je sumpor bio izuzetno prisutan na ranoj Zemlji.

- Rezultat nije iznenađujući, jer sumpor nije bio deo sastojaka eksperimenta - objašnjavaju autori. Ovaj propust sugeriše da su sumporne aminokiseline, koje igraju ključnu ulogu u biološkim procesima, bile deo genetskog koda mnogo ranije nego što se pretpostavljalo.

- Na svetovima poput Marsa, Enkelada i Evrope, gde sumporna jedinjenja dominiraju, ovo može pomoći u našoj potrazi za životom. Razumevanje sličnih biohemijskih ciklusa ili metaboličkih procesa može nam pomoći da preciznije definišemo biosignale i prepoznamo život u sumporno bogatim okruženjima – ističe značaj ovih nalaza za astrobiologiju Dante Laureta, profesor planetarne nauke i kosmohemije na Univerzitetu Arizone.

Kako bi rekonstruisali evoluciju genetskog koda, istraživači su koristili novi metod koji analizira proteinske sekvence unazad kroz „drvo života“, sve do poslednjeg univerzalnog zajedničkog pretka, poznatog kao LUCA. LUCA, ili last universal common ancestor, predstavlja hipotetičku populaciju organizama koja je živela pre oko 4 milijarde godina i iz koje potiču svi oblici života na Zemlji.

Vebi i njen tim fokusirali su se na proteinske domene – kraće sekvence aminokiselina koje imaju specifične funkcije.

- Ako zamislite protein kao automobil, domen je poput točka. Točak se može koristiti u različitim automobilima, a takvi delovi postoje mnogo duže od samih automobila - objašnjava Vebi.

Koristeći statističke analize, istraživači su upoređivali prisustvo pojedinačnih aminokiselina u drevnim sekvencama proteina. Aminokiseline koje su dominirale u najstarijim sekvencama verovatno su bile uključene rano u evoluciji koda, dok su one koje su ređe prisutne u starijim sekvencama verovatno dodate kasnije.

Jedan od najzanimljivijih nalaza studije je otkriće da su postojali drugi genetički kodovi pre našeg današnjeg univerzalnog koda. Istraživači su identifikovali više od 400 porodica proteinskih sekvenci koje datiraju unazad do LUCA, od kojih je više od 100 nastalo čak i ranije.

Posebno su zanimljive aminokiseline sa aromatičnim prstenovima, poput triptofana i tirozina. Iako su ove aminokiseline bile kasniji dodaci univerzalnom kodu, one su bile prisutne u starijim proteinskim sekvencama koje potiču iz perioda pre LUCA.

- Ovo nam daje naznake o drugim genetskim kodovima koji su postojali pre našeg, ali su nestali u ponoru geološkog vremena. Rani život je, izgleda, preferirao prstenaste strukture aminokiselina – ističe Masel.

Studija koju su sproveli Vebi i njen tim otvara nova pitanja i redefiniše naše razumevanje porekla genetskog koda. Rani život nije jednostavno sledio evolucioni redosled koji je predložila tradicionalna nauka, već je razvijao svoj kod u fazama, prilagođavajući se hemijskim i metaboličkim uslovima tadašnje Zemlje.

Otkriće da su sumporne aminokiseline uključene ranije nego što se mislilo, kao i postojanje drevnih kodova koji su prethodili današnjem, pruža dragocene uvide ne samo u evoluciju života na Zemlji, već i u potencijalnu habitabilnost drugih svetova.

- Ova otkrića pomažu nam da shvatimo ne samo prošlost života na Zemlji, već i kako da tragamo za životom izvan naše planete - zaključuje Dante Laureta.

(Telegraf Nauka / Phys.org)