НОВИНИ


УЧЕНИ ПОСТРОИХА ЕВОЛЮЦИОННОТО ДЪРВО НА МОЛЕКУЛНИТЕ ФУНКЦИИ НА ЖИВОТА НА ЗЕМЯТА
21.05.2017

Снимка: CC0 Public Domain

Една от популярните хипотези е, че молекулите на рибонуклеиновата киселина (РНК), които съдържат генетични образци на протеини и могат да изпълняват прости химически реакции, са зародили живота. Някои учени обаче, оборват тази идея, като твърдят, че РНК е твърде голяма и сложна молекула, за да е започнало всичко от нея.
 

Според тях по-прости молекули са еволюирали способността да изпълняват метаболитни функции преди да са възникнали макромолекули като РНК. Тази идея, наречена "първо метаболизъм", е подкрепена от ново доказателство от проучване на Университета в Илинойс, публикувано в списание PLoS ONE.

Схема на хипотезата "първо метаболизъм". Източник: sandwalk.blogspot.bg

"Всички живи организми имат метаболизъм, набор от животоподдържащи химически трансформации, които предоставят енергия и материя, необходими за функциониране на клетката. Тези метаболитни трансформации е възприето, че са се пооявили в най-ранния живот, в примитивната Земя. Организмите вероятно са заменили химични реакции, вече извършващи се на планетата и ги обединяват в клетки чрез развитието на ензимна активност", коментира Густаво Каетано-Анолес (Gustavo Caetano-Anollés), биоинформатик и професор в Университета в Илинойс, съобщава Phys.org.

Каетано-Анолес и Ибрахим Коч (Ibrahim Koç), гост-учен в университета, откриват доказателство за хипотезата "първо метаболизъм" като проучват еволюцията на молекулните функции в организмите, представящи всички страни на живота. Геномите на 249 организми са били на разположение в базата данни Gene Ontology (GO). Това, което е уникално относно този конкретен източник, е фактът, че за всеки генен продукт - протеин или РНК-молекула - има на разположение набор от термини, описващи тяхното функциониране.

"Може да се вземе цял геном, който представлява организъм, като човешкия геном, и да се визуализира чрез колекцията от функционалности на неговите гени. Проучването на тези "функциономи" ни казва какво правят гените, вместо да се фокусира върху техните имена и разположение. Например, можем да разберем какви видове каталитични, разпознавателни или обвързващи активности има един генен продукт, което е много по-интуитивно", отбелязва Каетано-Анолес. 

Снимка: NOAA/Wikimedia

Според Каетано-Анолес, броят на пътите, в които функцията се появява в генома, предоставят историческа информация. Затова екипът му взима термините от GO и описва всички молекулни функции във всеки организъм, като след това ги преброяват. Идеята е, че ако има древна функция, като каталитичната активност на метаболизма, вероятно ще се споделя от всички организми и ще бъде открита в много от тях. От друга страна, по-скорошни функции ще бъдат открити в по-малък брой и в по-малки подкласа организми.

Екипът използва информацията и усъвършенствани компютърни методи, за да конструира дърво, което проследява най-вероятната еволюционна пътека на молекулните функции през времето. В основата на дървото, близо до корените му, са най-древните функции. По-скорошните са близо до короната.

В основата на дървото, отговаряща за първоизточника на живота на Земята, са функциите, отговарящи за метаболизма и свързването. "Логично е тези две функции да са започнали много рано, защото молекулите първо се нуждаят от генериране на енергия чрез обмяната на веществата и трябва да взаимодействат с други молекули чрез свързване", обяснява Каетано-Анолес.

Следващият голям прогрес са функциите, които са направили възходът на макромолекулите възможен, което става, когато РНК вероятно е влязла в картинката. След това идва механизмът, който интегрира молекулите в клетки, последван от растеж на функциите, които позволяват комуникацията между клетките и тяхната среда. "Накрая, като се придвижваме към короната на дървото, започват да се виждат функции, свързани със силно усложнени процеси, включващи неща като мускули, кожа или нервна система", казва Каетано-Анолес.

Проучването не само хвърля светлина върху миналото. Познаването на прогресията на тези молекулни функции през времето може да помогне да се предскаже накъде е насочен животът на Земята. "Хората мислят за еволюцията като поглед назад. Но ние можем да използваме нашата хронология и методология, за да се запитаме какви нови молекулни функции ще бъдат генерирани в бъдеще", отбелязва ученият.

Трудът има приложение в биоинженерството - новоразвиващо се поле, което използва биологичната информация и компютрите за прозиводство на нови молекули. Изкуствено създадени молекули могат да се борят с болестите и да подобрят качеството на ежедневието на хората, обяснява Каетано-Анолес. Най-добрият начин да стане това е да се научат принципите от оставените следи от миналото на молекулите, допълва още той.


 

 

 
източник: nauka.offnews.bg

 


 
1037215