Уникальный и одновременно универсальный, генетический код состоит из последовательностей трех нуклеотидов (триплетов), которые переводятся в аминокислоты, составляющие белки. Однако, несмотря на его фундаментальное значение, вопросы о том, как и когда он возник, остаются предметом оживленных научных дискуссий.
Недавнее исследование, проведенное в Университете Аризоны под руководством Сосан Вехби, предполагает, что общепринятая теория эволюции генетического кода нуждается в пересмотре. Результаты работы демонстрируют, что порядок, в котором аминокислоты — строительные блоки кода — были включены в его структуру, отличается от традиционных представлений.
Генетический код не мог сформироваться сразу в своей современной сложной форме. Он, вероятно, развивался постепенно, приобретая все более универсальные и оптимизированные черты. Ранее считалось, что такие аминокислоты, как серосодержащие молекулы, были поздним дополнением из-за их отсутствия в знаменитом эксперименте Миллера-Юри 1952 года, моделировавшем условия на ранней Земле. Однако исследование Вехби и ее коллег опровергает эту гипотезу. Оно показывает, что аминокислоты, способные связываться с металлами, включая серосодержащие, появились на ранних этапах эволюции генетического кода.
Чтобы выяснить, как именно происходило включение аминокислот, команда использовала статистический анализ аминокислотных последовательностей, прослеживая их эволюцию от предполагаемого последнего универсального общего предка (LUCA) до еще более древних форм жизни. Этот подход позволил идентифицировать более 400 семейств белковых последовательностей, из которых более 100 появились до LUCA. Эти ранние последовательности оказались богаты аминокислотами с ароматическими кольцами, такими как триптофан и тирозин, несмотря на то, что эти молекулы считаются поздними участниками генетического кода.
Полученные данные намекают на существование древних генетических кодов, предшествующих современному, которые со временем исчезли. По словам соавтора работы Джоанны Мазел, «жизнь в своих ранних формах, кажется, предпочитала кольцевые структуры». Это открытие ставит под сомнение многие традиционные представления об эволюции биохимии на заре жизни.
Интересно, что исследования серосодержащих аминокислот могут иметь значение не только для изучения прошлого Земли, но и для поиска жизни за ее пределами. Как отмечает один из соавторов работы, профессор Данте Лауретта, понимание серосодержащих биогеохимических циклов поможет в поиске внеземной жизни. «На таких планетах и спутниках, как Марс, Энцелад и Европа, где распространены соединения серы, анализ подобных метаболизмов может помочь определить ключевые биосигнатуры», — объясняет Лауретта.
Таким образом, работа Вехби и ее команды открывает новое понимание того, как эволюционировала биологическая система считывания инструкций жизни. Их исследование показывает, что современные подходы к изучению этой темы, основанные на экспериментальных данных, могут быть недостаточными. Вместо этого более глубокий эволюционный анализ открывает двери к новым взглядам на историю генетического кода и его роль в развитии жизни на Земле и, возможно, за ее пределами.
Ранее ученые выяснили, что остатки древних вирусов в ДНК защищают человека от смертельных болезней.