Первый универсальный общий предок ( FUCA ) — это предполагаемая неклеточная сущность , которая была самым ранним организмом с генетическим кодом, способным к биологической трансляции молекул РНК в пептиды для производства белков . [1] [2] Его потомки включают последнего универсального общего предка (LUCA) и каждую современную клетку. [1] [3] FUCA также является предком древних сестринских линий LUCA, ни одна из которых не имеет современных потомков, но которые, как полагают, горизонтально перенесли некоторые из своих генов в геном ранних потомков LUCA. [3]
Считается, что FUCA состояла из прогенотов, предполагаемых древних биологических систем, которые использовали РНК для своего генома и саморепликации . [4] [5] [6] Для сравнения, LUCA имела бы сложный метаболизм и геном ДНК с сотнями генов и семейств генов . [1]
Задолго до появления обособленных биологических сущностей, таких как FUCA, жизнь уже начала организовываться и возникать в доклеточную эру, известную как мир РНК . [4] Универсальное присутствие как механизма биологической трансляции , так и генетического кода в каждой биологической системе указывает на монофилию , уникальное происхождение всех биологических систем, включая вирусы и клетки. [1] [4]
FUCA был бы первым организмом, способным к биологическому переводу, использующим молекулы РНК для преобразования информации в пептиды и производства белков . [1] Эта первая система перевода была бы собрана вместе с первобытным, возможно, подверженным ошибкам генетическим кодом. [1] То есть, FUCA был бы первой биологической системой, имеющей генетический код для белков. [2]
Развитие FUCA, вероятно, заняло много времени. [1] FUCA был создан без генетического кода, из рибосомы , [1] которая сама по себе является системой, развившейся из созревания рибонуклеопротеинового аппарата . [4] FUCA появился, когда впервые начал появляться центр протопептидилтрансферазы , когда репликаторы мира РНК стали способны катализировать связывание аминокислот в олигопептиды . [1]
Первые гены FUCA, скорее всего, кодировали рибосомальные, примитивные тРНК - аминоацилтрансферазы и другие белки, которые помогали стабилизировать и поддерживать биологическую трансляцию. [2] Эти случайные пептиды, возможно, были связаны с одноцепочечными полимерами нуклеиновой кислоты и обеспечивали более высокую стабилизацию системы, которая становилась более прочной и далее связывалась с другими стабилизирующими молекулами. [1] Когда FUCA созрел, его генетический код был полностью установлен. [1]
FUCA состояла из популяции открытых систем, самовоспроизводящихся рибонуклеопротеинов. [4] С появлением этих систем началась эра прогенотов. [4] Эти системы достигли зрелости, когда процессы самоорганизации привели к созданию генетического кода. [4] Этот генетический код впервые оказался способен организовать упорядоченное взаимодействие между нуклеиновыми кислотами и белками посредством формирования биологического языка. [4] Это заставило доклеточные открытые системы начать накапливать информацию и самоорганизовываться, создавая первые геномы путем сборки биохимических путей , которые, вероятно, появились в разных популяциях прогенотов, эволюционирующих независимо. [4]
В гипотезе редукции, согласно которой гигантские вирусы произошли от первичных клеток, ставших паразитическими , вирусы могли развиться после FUCA и до LUCA. [3]
Прогеноты (также называемые рибоцитами или рибоцеллами ) [7] [8] [9] являются полуоткрытыми или открытыми биологическими системами, способными осуществлять интенсивный обмен генетической информацией до существования клеток и LUCA . [5] [4] Термин прогенот был придуман Карлом Вёзе в 1977 году [10] примерно в то время, когда он ввел концепцию трех доменов жизни (бактерии, археи и эукариоты ) и предположил, что каждый домен произошел от другого прогенота. [11] [12] Значение термина менялось со временем. В 1980-х годах Дулиттл и Дарнелл использовали слово прогенот для обозначения предка всех трех доменов жизни, [13] теперь называемого последним универсальным общим предком (LUCA). [14]
Термины рибоцит и рибоцелл относятся к прогенотам как к проторибосомам , первичным рибосомам , которые были гипотетическими клеточными организмами с самореплицирующейся РНК, но без ДНК, [8] [9] и, таким образом, с геномом РНК вместо обычного генома ДНК . [6] В дарвиновском пороговом периоде клеточной эволюции Карла Вёзе также считается, что прогеноты имели РНК в качестве информационной молекулы вместо ДНК. [7]
Эволюция рибосомы из древних рибоцитов, самовоспроизводящихся машин , в ее нынешнюю форму как трансляционной машины могла быть результатом селективного давления, направленного на включение белков в самовоспроизводящиеся механизмы рибосомы, чтобы увеличить ее способность к саморепликации. [15] [16] Считается, что рибосомальная РНК возникла до клеток или вирусов, во времена прогенотов. [4]
Прогеноты составили и были потомками FUCA, [4] и FUCA, как полагают, организовал процесс между первоначальной организацией биологических систем и созреванием прогенотов. [4] Прогеноты были доминантами в эпоху Прогенотов, время, когда биологические системы возникли и изначально собирались. [4] Эпоха Прогенотов должна была наступить после добиотической эпохи РНК-мира и пептидного мира , но до эпохи организмов и зрелых биологических систем, таких как вирусы , бактерии и археи . [4]
Наиболее успешными популяциями прогенотов, вероятно, были те, которые были способны связывать и перерабатывать углеводы , аминокислоты и другие промежуточные метаболиты и кофакторы . [4] В прогенотах компартментализация с мембранами еще не была завершена, а трансляция белков не была точной. Не каждый прогенот имел свой собственный метаболизм; различные метаболические этапы присутствовали в разных прогенотах. Поэтому предполагается, что существовало сообщество подсистем, которые начали сотрудничать коллективно и достигли кульминации в LUCA. [7]
В гипотезе эоцитов организм в основе всех эоцитов мог быть рибоцитом РНК-мира. Для клеточной ДНК и обработки ДНК был предложен сценарий «из вируса»: хранение генетической информации в ДНК могло быть инновацией, осуществленной вирусами, а затем переданной рибоцитам дважды, один раз превратив их в бактерии, а другой раз — в археи. [9]
Аналогично в вирусном эукариогенезе , гипотезе, предполагающей, что эукариоты произошли от ДНК-вируса , рибоциты могли быть древним хозяином для ДНК-вируса. [17] Поскольку рибоциты использовали РНК для хранения своей генетической информации, [17] вирусы могли изначально принять ДНК как способ сопротивления ферментам, разрушающим РНК, в рибоцелях хозяина. Следовательно, вклад такого нового компонента мог быть таким же значительным, как вклад хлоропластов или митохондрий . Следуя этой гипотезе, археи, бактерии и эукариоты получили свою информационную систему ДНК от разных вирусов. [18]
{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )