Протоклетка

Отдельный тип монады — это гипотетическая протоклетка. Она находится в основании родословного древа и служит общим предком всех трех глобальных доменов. Воз назвал ее «прогенотом» (англ, progenitor — прародитель).

Реконструкция свойств прогенота, которого в последнее время называют «последним универсальным общим предком» (англ. Last Universal Common Ancestor, LUCA) — это отдельная проблема теоретической биологии. Перед исследователями стоит задача локализовать LUCA на глобальной дендрограмме, а также дать ретроспективное описание его биологических свойств.

Несколько крупных биологов, среди которых в первую очередь нужно назвать де Дюва, склоняются к мысли о том, что мир протоклеток в свое время пришел на смену миру эволюционирующих молекулярных существ. В 1986 г. Гилберт (W. Gilbert) назвал его «миром РНК» (англ. RNA world). Как полагают, в ту эпоху еще не существовали белки, и РНК одновременно играла роль носителя генетической информации и биокатализатора.

По мнению Отто Кандлера, клеточная жизнь первоначально была колониальной и недифференцированной. На заре эволюции «горизонтальный» перенос генов мог быть строго закономерным, а не эпизодическим, как теперь, явлением. Современная биота сохраняет свое разнообразие благодаря трофической взаимозависимости индивидов при относительной стабильности геномов из-за существования генетических барьеров.

В отличие от этого, биологической стратегией мира протоклеток был свободный обмен быстро мутирующими генами при использовании трофических резервов, накопленных абиотическим путем. Скорее всего, LUCA представлял собой не отдельный вид, а поливариантный продукт «горизонтального» переноса генов между разными формами жизни. По мнению канадского молекулярного биолога Уильяма Дулитла (W. F. Doolittle), мы никогда не сможем узнать, как выглядит основание древа жизни, поскольку скорость «горизонтального» переноса генов могла быть выше скорости дивергенции.

В отличие от Отто Кандлера и Уильяма Дулитла, а также американского молекулярного генетика Рассела Дулитла (R. W. Doolittle), большинство авторов считает, что хотя LUCA был достаточно примитивным, он имел все атрибуты клетки, как то:

— геном, представленный ДНК;

— набор ферментов и других белковых факторов, необходимых для биосинтеза ДНК и РНК;

— рибосомы, т. е. рибонуклеопротеиновые системы процессинга РНК-транскриптов;

— системы посттрансляционного процессинга белка, в том числе молекулярные шапероны;

— аппараты рекомбинации, генетической регуляции и репарации;

— механизмы контроля клеточного деления;

— системы регенерации АТФ и мембранную электрон-протонофорную цепь.

При попытке реконструировать фенотип LUCA неизбежно встает вопрос о характере адаптации протоклеток к физико-химическим условиям, которые господствовали на Земле 3,5 млрд лет назад. Согласно геологическим данным, тело нашей планеты сконденсировалось вокруг ее металлического ядра 4,5 млрд лет тому назад, а первобытный Океан сформировался 4,2 млрд лет тому назад.

В течение следующих 500 млн лет земная кора несколько раз подвергалась «последней сильной метеоритной бомбардировке» (англ. Late Heavy Meteorite Bombardment, LHB), вследствие чего температура водоемов доходила до точки кипения, что способствовало отбору гипертермофильной биоты, и поэтому LUCA был термофилом.

Идут споры том, какое место занимает LUCA на глобальной дендрограмме. По консенсусной версии, корень клеточной жизни расположен где-то между стволом бактерий и другим стволом, который в дальнейшем разветвился на стволы архей и эукариотов. Скорее всего, LUCA был похож на бактерию, и можно реконструировать его фенотип, анализируя полностью секвенированные бактериальные геномы.

Не нашли подходящую информацию? Не беда! Воспользуйтесь поиском на сайте в верхнем правом углу.