Старецът Лука, който е мистериозният прародител на целия живот на Земята - Български новини
Все още не е имало три области (супер-царства) на живота - бактерии, археи и еукариоти, но той вече е бил. Този организъм е междинна връзка между неживата среда на ранната Земя и първите микроби, живели в скалите преди 3,8-3,5 милиарда години. Как е изглеждал Лука и при какви условия е живял не е известно. Учените, като детективи, част по част възстановиха основните му характеристики. Те изхождаха от този принцип: тъй като Лука е прародител на всички живи организми, това означава, че те са наследили някои характеристики от него. Въз основа на биологичните характеристики, присъщи на всяко живо същество, биолозите създадоха портрет на Лука: едноклетъчен организъм, който прилича на бактерия.
Ново изследване на германски учени даде възможност да се изясни вътрешната организация на универсалния прародител. Учените са идентифицирали кои гени може да включва ДНК на Лука. За целта беше приложен филогенетичен подход, с други думи, те анализираха еволюционните връзки между различните видове живот на Земята. Това стана по следния начин. След като установиха кои протеини са кодирани от прокариотния геном, биолозите избраха тези, които отговарят на няколко критерия. Първо, протеинът трябва да присъства във висшите таксони както на бактерии, така и на археи. Второ, ако изградим филогенетично дърво - диаграма, която отразява еволюционните връзки - тогава бактериите и археите, които имат този протеин, трябва да образуват монофилетична група, тоест да имат общ прародител. Последното условие засилва възможността същите тези протеини да са присъствали в Лука и да са се предавали от него на потомците.
Общо бяха анализирани повече от шест милиона гени, кодиращи протеини и присъстващи в 1847 бактериални и 134 археални генома. От съвкупността на формираните учени286 514 групи (клъстери), от които само около 11 000 съдържат бактериални и археални протеини. Когато бяха изградени филогенетични дървета и протеиновите групи бяха проверени за придържане към монофилетичния принцип, останаха само 335 клъстера, които отговаряха на първоначалните условия. Всички протеини в крайната проба, според биолозите, са присъствали в генома на LUCA. Трябва да се отбележи, че тези критерии не изключват възможността за хоризонтален генен трансфер. По този начин протеин, който се появява за първи път в ранните бактерии, може да е влязъл в археите и да се разпространи сред представителите на всеки от домейните, въпреки че никога не е присъствал в тялото на Лука.
Биолозите се интересуваха от гените, които изграждат „информационното ядро“ в клетките на живите организми. Говорим за 19 протеина, участващи в синтеза на рибозоми, както и за осем ензима, които играят основна роля в образуването на трансферна РНК (те придвижват аминокиселините до строителните места на протеиновите молекули).
Реконструираният геном на Лука предполага, че това е анаеробно (адаптирано към среда без кислород) същество, което е получило необходимата за живота енергия в резултат на хемосинтеза - химични реакции, които окисляват минералните вещества. Очевидно универсалният прародител е живял близо до хидротермални отвори, като черни пушачи. Това се доказва от възможното наличие в него на гирази, ензими, специфични за топлолюбивите (топлолюбиви) организми. Също така в LUCA най-вероятно е имало ензими, които правят хемосинтезата възможна, при която въглеродният диоксид е единственият източник на въглерод. Като цяло този организъм може да получава енергия от газове като водород, въглероден диоксид и азот.
Някои от ензимите съдържат желязо-сяра (FeS) клъстери, които са групакофакторни молекули, които специфично се свързват с протеините и определят тяхната каталитична активност. Това показва, че Лука е живял в среда, богата на желязо. Идентифицирана е друга група протеини, участващи в метаболизма на захарта: гликозилази и хидролази. Тези ензими в съвременните клетки са важни за синтеза на клетъчната стена, което може да показва съществуването на примитивна клетъчна стена в LUCA.
Големият призматичен извор е типично местообитание за археи.
Констатациите на изследователите потвърждават редица важни тези. FeS клъстерите, както и преходните метали в състава на кофакторите, са наследство от древния метаболизъм. Първите живи организми са възникнали в хидротермални извори.
Химическите реакции, протичащи на границата на водната среда и скалистите скали, създадоха условия за появата на живот. Първите представители на бактериите и археите са били автотрофи, зависими от водород и използващи въглероден диоксид като краен акцептор в енергийния метаболизъм (при животни и растения тази роля се играе от вдишвания кислород).
Конструираните филогенетични дървета не позволиха да се изолират протеините, характерни за LUCA, участващи в синтеза на аминокиселини, които изграждат протеини и нуклеозиди, които образуват ДНК и РНК. Въпреки това универсалният прародител може да се е образувал от онези компоненти, които са се образували в резултат на спонтанни химични процеси, характерни за ранната Земя.
В същото време предците на бактериите и археите биха могли да живеят в силно нагрята среда. Новата работа се фокусира не върху непосредствената устойчивост на ензимите, а върху това какви условия на околната среда са характерни за тези протеини.