Первый универсальный общий предок

Первый универсальный общий предок ( FUCA ) — это предполагаемое неклеточное существо , которое было самым ранним организмом с генетическим кодом, способным к биологической трансляции молекул РНК белков в пептиды для производства . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Его потомки включают последнего универсального общего предка (LUCA) и каждую современную клетку. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} FUCA также может быть предком древних сестринских линий LUCA, ни одна из которых не имеет современных потомков, но, как полагают, которые горизонтально передали некоторые из своих генов в геном ранних потомков LUCA. ^{[ 3 ]}

Считается, что FUCA состоял из прогенотов, предложенных древних биологических систем, которые использовали РНК для своего генома и самовоспроизведения . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Для сравнения, у LUCA был бы сложный метаболизм и ДНК- геном с сотнями генов и семейств генов . ^{[ 1 ]}

Происхождение

Задолго до появления разделенных на части биологических образований, таких как FUCA, жизнь уже начала организовываться и возникать в доклеточную эпоху, известную как мир РНК . ^{[ 4 ]} Универсальное присутствие как биологической трансляции механизма , 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 биологической трансляции, использующим молекулы РНК для преобразования информации в пептиды и производства белков . ^{[ 1 ]} Эта первая система перевода должна была быть собрана вместе с первобытным, возможно, подверженным ошибкам генетическим кодом. ^{[ 1 ]} То есть FUCA станет первой биологической системой, имеющей генетический код белков. ^{[ 2 ]}

Разработка FUCA, вероятно, заняла много времени. ^{[ 1 ]} FUCA был создан без генетического кода, из рибосомы , ^{[ 1 ]} Сама по себе система развилась в результате созревания рибонуклеопротеинового механизма . ^{[ 4 ]} FUCA появилась, когда протопептидилтрансферазный центр впервые начал возникать мира РНК , когда репликаторы 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, снова связывались с одноцепочечными полимерами нуклеиновых кислот и обеспечивали более высокую стабилизацию системы, которая становилась более устойчивой и в дальнейшем связывалась с другими стабилизирующими молекулами. ^{[ 1 ]} Когда FUCA повзрослел, его генетический код был полностью установлен. ^{[ 1 ]}

рибонуклеопротеинов открытых систем FUCA состоял из популяции самореплицирующихся . ^{[ 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 нуклеиновых кислот и белков посредством формирования биологического языка. ^{[ 4 ]} Это привело к тому, что доклеточные открытые системы затем начали накапливать информацию и самоорганизовываться, производя первые геномы путем объединения биохимических путей , которые, вероятно, появились в различных популяциях прогенотов, эволюционирующих независимо. ^{[ 4 ]}

Согласно гипотезе редукции , согласно которой гигантские вирусы развились из первичных клеток, ставших паразитическими , вирусы могли возникнуть после FUCA и до LUCA. ^{[ 3 ]}

Прогеноты

Прогеноты (также называемые рибоцитами или рибоклетками ) ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} представляют собой полуоткрытые или открытые биологические системы, способные осуществлять интенсивный обмен генетической информацией еще до существования клеток и LUCA . ^{[ 5 ]}^{[ 4 ]} Термин «прогенот» был введен Карлом Везе в 1977 году. ^{[ 10 ]} Примерно в то же время он представил концепцию трех доменов жизни (бактерии, археи и эукариоты ) и предположил, что каждый домен произошел от отдельного прогенота. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Значение термина менялось со временем. В 1980-х годах Дулиттл и Дарнелл использовали слово «прогенот» для обозначения предка всех трёх областей жизни: ^{[ 13 ]} теперь его называют последним универсальным общим предком (LUCA). ^{[ 14 ]}

Термины «рибоцит» и «рибоклетка» относятся к прогенотам как проторибосомам , первобытным рибосомам, которые представляли собой гипотетические клеточные организмы с самореплицирующейся РНК, но без ДНК. ^{[ 8 ]}^{[ 15 ]} и, таким образом, с геномом РНК вместо обычного генома ДНК . ^{[ 6 ]} период клеточной эволюции Карла Везе Считается, что в пороговый дарвиновский прогеноты имели РНК в качестве информационной молекулы вместо ДНК. ^{[ 7 ]}

Эволюция рибосомы из древних рибоцитов, самовоспроизводящихся машин , в ее нынешнюю форму как трансляционную машину, возможно, была селективным давлением, направленным на включение белков в механизмы самовоспроизводства рибосомы, чтобы увеличить ее способность к самовоспроизведению. ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]} Считается, что рибосомальная РНК возникла раньше клеток или вирусов, во время прогенотов. ^{[ 4 ]}

Прогеноты составили и были потомками FUCA, ^{[ 4 ]} и считается, что FUCA организовала процесс между начальной организацией биологических систем и созреванием прогенот. ^{[ 4 ]} Прогеноты были доминантами в эпоху Прогенотов, времени, когда биологические системы возникли и первоначально собрались. ^{[ 4 ]} Эпоха прогенотов должна была наступить после добиотической эпохи мира РНК и мира пептидов, но до возраста организмов и зрелых биологических систем, таких как вирусы , бактерии и археи . ^{[ 4 ]}

Наиболее успешными популяциями предшественников, вероятно, были те, которые были способны связывать и перерабатывать углеводы , аминокислоты и другие промежуточные метаболиты и кофакторы . ^{[ 4 ]} У прогенотов компартментализация с мембранами еще не завершена и трансляция белков не точна. Не каждый прогенот имел собственный метаболизм; разные метаболические стадии присутствовали в разных прогенотах. Следовательно, предполагается, что существовало сообщество подсистем, которые начали коллективно сотрудничать и завершились созданием LUCA. ^{[ 7 ]}

Рибоциты и вирусы

В эоцитарной гипотезе организм, лежащий в основе всех эоцитов, мог быть рибоцитом мира РНК. Для клеточной ДНК и обработки ДНК был предложен сценарий «без вируса»: сохранение генетической информации в ДНК могло быть инновацией, осуществленной вирусами, а затем дважды переданной рибоцитам: один раз превратив их в бактерии, а другой раз превратив в архей. . ^{[ 18 ]}

Точно так же и в вирусном эукариогенезе (гипотезе, согласно которой эукариоты произошли от ДНК-вируса) , рибоциты могли быть древним хозяином ДНК-вируса. ^{[ 19 ]} Поскольку рибоциты использовали РНК для хранения своей генетической информации, ^{[ 19 ]} вирусы, возможно, первоначально использовали ДНК как способ противостоять разрушающим РНК, ферментам, в рибоклетках хозяина. Следовательно, вклад такого нового компонента мог быть столь же значительным, как вклад хлоропластов или митохондрий . Следуя этой гипотезе, археи, бактерии и эукариоты получили свою информационную систему ДНК от разных вирусов. ^{[ 20 ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Просдочими, Франциско; Хосе, Марко В.; де Фариас, Савио Торрес (2019), Понтаротти, Пьер (редактор), «Первый универсальный общий предок (FUCA) как самый ранний предок линии LUCA (последнего UCA)» , «Эволюция, происхождение жизни, концепции и методы» , Чам : Springer International Publishing, стр. 43–54, номер документа : 10.1007/978-3-030-30363-1_3 , ISBN. 978-3-030-30363-1 , S2CID 199534387 , заархивировано из оригинала 29 июня 2022 г. , получено 2 ноября 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Просдочими, Франциско; Фариас, Фариас (2020). От FUCA к LUCA: теоретический анализ общего происхождения семейств генов . doi : 10.31080/ASMI.2020.03.0494 (неактивен 31 января 2024 г.) . Проверено 2 ноября 2023 г. {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с Харрис, Хью МБ; Хилл, Колин (2021). «Место вирусам на древе жизни» . Границы микробиологии . 11 . дои : 10.3389/fmicb.2020.604048 . ISSN 1664-302X . ПМЦ 7840587 . ПМИД 33519747 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п де Фариас, Савио Торрес; Хосе, Марко В.; Просдочими, Франциско (2021). «Возможно ли, что клетки имели более одного происхождения?» . Биосистемы . 202 : 104371. doi : 10.1016/j.biosystems.2021.104371 . ISSN 1872-8324 . ПМИД 33524470 . Архивировано из оригинала 30 декабря 2023 г. Проверено 23 февраля 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б Вёзе, Карл (9 июня 1998 г.). «Всемирный предок» . Труды Национальной академии наук . 95 (12): 6854–6859. Бибкод : 1998PNAS...95.6854W . дои : 10.1073/pnas.95.12.6854 . ISSN 0027-8424 . ПМК 22660 . ПМИД 9618502 .
^ Jump up to: ^а ^б Лейн Н (2015). Жизненно важный вопрос: энергия, эволюция и происхождение сложной жизни . WW Нортон. п. 77 . ISBN 978-0-393-08881-6 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хосе, Марко В.; Рего, Таис Гауденсио; Фариас, Савио Торрес де (3 декабря 2015 г.). «Предложение протеома перед последним универсальным общим предком (LUCA)» . Международный журнал астробиологии . 15 (1): 27–31. дои : 10.1017/S1473550415000464 . ISSN 1473-5504 .
^ Jump up to: ^а ^б Ярус М (2002). «Изначальная генетика: фенотип рибоцита». Ежегодный обзор генетики . 36 : 125–51. дои : 10.1146/annurev.genet.36.031902.105056 . ПМИД 12429689 .
^ Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .
^ Вёзе, ЧР; Фокс, GE (20 сентября 1977 г.). «Концепция клеточной эволюции» . Журнал молекулярной эволюции . 10 (1): 1–6. дои : 10.1007/BF01796132 . ISSN 0022-2844 . ПМИД 903983 . S2CID 24613906 . Архивировано из оригинала 08.11.2023 . Проверено 23 февраля 2024 г.
^ Woese CR, Fox GE (ноябрь 1977 г.). «Филогенетическая структура прокариотического домена: первичные царства» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (11): 5088–90. Бибкод : 1977PNAS...74.5088W . дои : 10.1073/pnas.74.11.5088 . ПМК 432104 . ПМИД 270744 .
^ Кунин, Евгений В (01 марта 2014 г.). «Видение Карла Везе клеточной эволюции и сфер жизни» . Биология РНК . 11 (3): 197–204. дои : 10.4161/rna.27673 . ISSN 1547-6286 . ПМК 4008548 . ПМИД 24572480 .
^ Дулиттл, ВФ; Дарнелл, Дж. Э. (1 марта 1986 г.). «Рассуждения о раннем ходе эволюции» . Труды Национальной академии наук . 83 (5): 1271–1275. Бибкод : 1986PNAS...83.1271D . дои : 10.1073/pnas.83.5.1271 . ISSN 1091-6490 . ПМК 323057 . ПМИД 2419905 .
^ Вайс, Мэдлин С.; Прейнер, Мартина; Ксавье, Джоана С.; Зиморски, Верена; Мартин, Уильям Ф. (16 августа 2018 г.). «Последний универсальный предок между древней земной химией и зарождением генетики» . ПЛОС Генетика . 14 (8): e1007518. дои : 10.1371/journal.pgen.1007518 . ISSN 1553-7390 . ПМК 6095482 . ПМИД 30114187 .
^ Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .
^ Рут-Бернштейн М., Рут-Бернштейн Р. (февраль 2015 г.). «Рибосома как недостающее звено в эволюции жизни» . Журнал теоретической биологии . 367 : 130–158. дои : 10.1016/j.jtbi.2014.11.025 . ПМИД 25500179 .
^ Fox GE (сентябрь 2010 г.). «Происхождение и эволюция рибосомы» . Колд Спринг Харб Перспектива Биол . 2 (9): а003483. doi : 10.1101/cshperspect.a003483 . ПМЦ 2926754 . ПМИД 20534711 .
^ Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». В Вицани Г. (ред.). Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .
^ Jump up to: ^а ^б Клавери, Жан-Мишель (2006). «Вирусы занимают центральное место в клеточной эволюции» . Геномная биология . 7 (6): 110. doi : 10.1186/gb-2006-7-6-110 . ПМК 1779534 . ПМИД 16787527 .
^ Фортерре, Патрик (март 2006 г.). «Три клетки РНК для рибосомальных линий и три ДНК-вируса для репликации своих геномов: гипотеза происхождения клеточного домена» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3669–74. Бибкод : 2006PNAS..103.3669F . дои : 10.1073/pnas.0510333103 . JSTOR 30048645 . ПМК 1450140 . ПМИД 16505372 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к Просдочими, Франциско; Хосе, Марко В.; де Фариас, Савио Торрес (2019), Понтаротти, Пьер (редактор), «Первый универсальный общий предок (FUCA) как самый ранний предок линии LUCA (последнего UCA)» , «Эволюция, происхождение жизни, концепции и методы» , Чам : Springer International Publishing, стр. 43–54, номер документа : 10.1007/978-3-030-30363-1_3 , ISBN. 978-3-030-30363-1 , S2CID 199534387 , заархивировано из оригинала 29 июня 2022 г. , получено 2 ноября 2023 г.

[:3-2] Jump up to: ^а ^б ^с Просдочими, Франциско; Фариас, Фариас (2020). От FUCA к LUCA: теоретический анализ общего происхождения семейств генов . doi : 10.31080/ASMI.2020.03.0494 (неактивен 31 января 2024 г.) . Проверено 2 ноября 2023 г. {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )

[:1-3] Jump up to: ^а ^б ^с Харрис, Хью МБ; Хилл, Колин (2021). «Место вирусам на древе жизни» . Границы микробиологии . 11 . дои : 10.3389/fmicb.2020.604048 . ISSN 1664-302X . ПМЦ 7840587 . ПМИД 33519747 .

[:2-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п де Фариас, Савио Торрес; Хосе, Марко В.; Просдочими, Франциско (2021). «Возможно ли, что клетки имели более одного происхождения?» . Биосистемы . 202 : 104371. doi : 10.1016/j.biosystems.2021.104371 . ISSN 1872-8324 . ПМИД 33524470 . Архивировано из оригинала 30 декабря 2023 г. Проверено 23 февраля 2024 г.

[:4-5] Jump up to: ^а ^б Вёзе, Карл (9 июня 1998 г.). «Всемирный предок» . Труды Национальной академии наук . 95 (12): 6854–6859. Бибкод : 1998PNAS...95.6854W . дои : 10.1073/pnas.95.12.6854 . ISSN 0027-8424 . ПМК 22660 . ПМИД 9618502 .

[NLane_Funke-6] Jump up to: ^а ^б Лейн Н (2015). Жизненно важный вопрос: энергия, эволюция и происхождение сложной жизни . WW Нортон. п. 77 . ISBN 978-0-393-08881-6 .

[:02-7] Jump up to: ^а ^б ^с Хосе, Марко В.; Рего, Таис Гауденсио; Фариас, Савио Торрес де (3 декабря 2015 г.). «Предложение протеома перед последним универсальным общим предком (LUCA)» . Международный журнал астробиологии . 15 (1): 27–31. дои : 10.1017/S1473550415000464 . ISSN 1473-5504 .

[Yarus2-8] Jump up to: ^а ^б Ярус М (2002). «Изначальная генетика: фенотип рибоцита». Ежегодный обзор генетики . 36 : 125–51. дои : 10.1146/annurev.genet.36.031902.105056 . ПМИД 12429689 .

[9] Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .

[10] Вёзе, ЧР; Фокс, GE (20 сентября 1977 г.). «Концепция клеточной эволюции» . Журнал молекулярной эволюции . 10 (1): 1–6. дои : 10.1007/BF01796132 . ISSN 0022-2844 . ПМИД 903983 . S2CID 24613906 . Архивировано из оригинала 08.11.2023 . Проверено 23 февраля 2024 г.

[pmid270744-11] Woese CR, Fox GE (ноябрь 1977 г.). «Филогенетическая структура прокариотического домена: первичные царства» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (11): 5088–90. Бибкод : 1977PNAS...74.5088W . дои : 10.1073/pnas.74.11.5088 . ПМК 432104 . ПМИД 270744 .

[12] Кунин, Евгений В (01 марта 2014 г.). «Видение Карла Везе клеточной эволюции и сфер жизни» . Биология РНК . 11 (3): 197–204. дои : 10.4161/rna.27673 . ISSN 1547-6286 . ПМК 4008548 . ПМИД 24572480 .

[13] Дулиттл, ВФ; Дарнелл, Дж. Э. (1 марта 1986 г.). «Рассуждения о раннем ходе эволюции» . Труды Национальной академии наук . 83 (5): 1271–1275. Бибкод : 1986PNAS...83.1271D . дои : 10.1073/pnas.83.5.1271 . ISSN 1091-6490 . ПМК 323057 . ПМИД 2419905 .

[14] Вайс, Мэдлин С.; Прейнер, Мартина; Ксавье, Джоана С.; Зиморски, Верена; Мартин, Уильям Ф. (16 августа 2018 г.). «Последний универсальный предок между древней земной химией и зарождением генетики» . ПЛОС Генетика . 14 (8): e1007518. дои : 10.1371/journal.pgen.1007518 . ISSN 1553-7390 . ПМК 6095482 . ПМИД 30114187 .

[15] Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .

[Root-Bernstein-2015-16] Рут-Бернштейн М., Рут-Бернштейн Р. (февраль 2015 г.). «Рибосома как недостающее звено в эволюции жизни» . Журнал теоретической биологии . 367 : 130–158. дои : 10.1016/j.jtbi.2014.11.025 . ПМИД 25500179 .

[17] Fox GE (сентябрь 2010 г.). «Происхождение и эволюция рибосомы» . Колд Спринг Харб Перспектива Биол . 2 (9): а003483. doi : 10.1101/cshperspect.a003483 . ПМЦ 2926754 . ПМИД 20534711 .

[18] Фортер П., Крупович М. (2012). «Происхождение вирионов и вироклеток: новый взгляд на гипотезу побега». В Вицани Г. (ред.). Вирусы: незаменимые агенты жизни . стр. 43–60. дои : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9 .

[jean-19] Jump up to: ^а ^б Клавери, Жан-Мишель (2006). «Вирусы занимают центральное место в клеточной эволюции» . Геномная биология . 7 (6): 110. doi : 10.1186/gb-2006-7-6-110 . ПМК 1779534 . ПМИД 16787527 .

[pnas-20] Фортерре, Патрик (март 2006 г.). «Три клетки РНК для рибосомальных линий и три ДНК-вируса для репликации своих геномов: гипотеза происхождения клеточного домена» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3669–74. Бибкод : 2006PNAS..103.3669F . дои : 10.1073/pnas.0510333103 . JSTOR 30048645 . ПМК 1450140 . ПМИД 16505372 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]