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
[ редактировать ]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, которые стали паразитическими , вирусы могли возникнуть после FUCA и до LUCA. [3]
Прогеноты
[ редактировать ]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. Поэтому предполагается, что существовало сообщество подсистем, которые начали коллективно сотрудничать и завершились созданием LUCA. [7]
Рибоциты и вирусы
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: 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.
- ^ Перейти обратно: 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 ) - ^ Перейти обратно: 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 .
- ^ Перейти обратно: 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.
- ^ Перейти обратно: 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 .
- ^ Перейти обратно: а б Лейн Н (2015). Жизненно важный вопрос: энергия, эволюция и происхождение сложной жизни . WW Нортон. п. 77 . ISBN 978-0-393-08881-6 .
- ^ Перейти обратно: 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 .
- ^ Перейти обратно: 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: пересмотр гипотезы 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 . ПМЦ 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: пересмотр гипотезы 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: пересмотр гипотезы 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 .
- ^ Перейти обратно: 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 .