Ученые выяснили, как в клетках появились ядра

Международная группа ученых из Майнца, Валенсии, Мадрида и Цюриха провела революционное исследование, которое раскрывает тайны одного из важнейших событий в истории эволюции жизни на Земле — происхождения эукариотической, то есть содержащей ядро, клетки.

Новое исследование, по словам его авторов, помогает приоткрыть завесу над «черной дырой в центре биологии» — периодом, в котором отсутствуют какие-либо промежуточные эволюционные формы между простыми, доядерными клетками (прокариотами) и сложными эукариотами, у которых уже есть ядра.

Ключевым элементом исследования стало количественное понимание того, как изменялась генетическая архитектура жизни. Ученые проанализировали более 33 тысяч геномов и почти 10 тысяч протеомов и определили, что длины белков и кодирующих их генов во всех формах жизни подчиняются логнормальному распределению. Это позволило экспертам смоделировать эволюцию длины генов, начиная с гипотетического последнего общего предка (LUCA) всех ныне живущих организмов.

Полученные данные показали, что средняя длина генов со временем увеличивается экспоненциально, что сопровождается ростом сложности организмов. Причем это увеличение оказалось настолько устойчивым, что его можно использовано как надежный показатель общей сложности биологических систем. Ключевой поворот в этом процессе происходит при достижении генами средней длины в 1500 нуклеотидов — именно в этот момент белки перестают следовать тем же законам роста. Если до этого длина гена почти напрямую определяла длину белка, то после достижения этого порога происходит так называемое «раздвоение траекторий»: длина белков стабилизируется на уровне около 500 аминокислот, а длина генов продолжает расти за счет включения в их состав некодирующих последовательностей.