Мышь Эйнштейна's Journal

Итак, в начале архейского периода Земля была покрыта плотной углекислотной атмосферой, геотермальные источники выносили на поверхность сульфиды цинка и марганца, на поверхности которых шли фотохимические реакции восстановления CO2, синтеза органики и полимеризации различных мономеров. Из этой системы под действием ультрафиолета отобрались длинные РНК-подобные молекулы, образующие за счет Уотсон-Криковских комплементарных пар двуспиральные участки. Они катализировали некоторые химические реакции, в том числе ведущие к синтезу нуклеотидов и полимеризации собственных копий. Такие рибозимы вытесняли остальные и оказались в состоянии конкуренции за мономеры. Так выглядел «мир РНК» на заре появления белкового синтеза.

Система синтеза белка в современных клетках состоит из рибосом (каждая из 3 молекул РНК общей длиной до 5000 нуклеотидов), набора примерно из 40 транспортных РНК, ферментов аминоацил-тРНК-синтаз, факторов элонгации и терминации и других вспомогательных белков. Неизвестны более простые варианты этой системы, способные проводить синтез белка, хотя бы с меньшей точностью и скоростью, поэтому сторонники intelligent design считают белковый синтез одним из примеров системы, адаптивной только в полном виде, а ее развитие шаг за шагом — невозможным. Но ученые все же нашли несколько возможностей для работы простой системы белкового синтеза в РНК-мире.

Если в предыдущих разделах мы восстанавливали картину древних событий по косвенным данным, например, химических экспериментов, то строение прото-организмов отчасти доступно прямому изучению методами сравнительной геномики. Прото-организмы цинкового мира дали начало двум весьма разным группам клеток — бактериям и археям. Бактерии близки и привычны нам, они населяют воду, почву и наши тела, вызывают гниение и брожение, а некоторые способны к фотосинтезу. Археи населяют горячие источники, подземные воды, океанские впадины и пересоленые лагуны и используют для получения энергии химические реакции с минералами: окисление железа, марганца, серы и других элементов; в качестве источника углерода им может подходить даже угарный газ. 
 Кроме того, из сообщества прото-организмов выделились несколько групп вирусов, и часть их древнее, чем разделение предков бактерий и архей. Сравнительная геномика позволяет нам строить родословные деревья генных семейств. Если дерево генного семейства совпадает с деревом клеток — на нем есть две отдельных больших ветви, бактериальная и архейная — это веский аргумент в пользу того, что и последний всеобщий предок (Last Universal Common Ancestor, LUCA) имел гены этого семества. Если же архейные предствители генного семейства вклиниваются на дереве между бактериальными и присутствуют в меньшинстве архей — здесь можно предположить зарождение гена в линии бактерий и последующий горизонтальный перенос его в некоторые группы архей.

Сравнение прочитанных на сегодня геномов бактерий и архей показывает, что общий предок имел огромное количество генов — более 8000, что больше, чем у любого современного вида прокариот. Такое количество генов, во-первых, слишком велико для метаболических возможностей бактериальной клетки, во-вторых, в это количество входят гены множества разных метаболических путей, которые ныне не встречаются вместе в одной клетке. По набору метаболических путей получается, что общий предок мог «в одиночку» составлять целую экосистему с замкнутыми химическими циклами, что странно для клеточной формы жизни.

Что же нам говорит сравнительная геномика об истории различных клеточных систем?