Как шла химическая эволюция обмена веществ?
Зарождение жизни на Земле поможет лучше понять бактерия Aquifex aeolicus. Она живет только в кипящих горячих источниках (они характерны почти для всей геологической истории планеты), и поэтому метаболизм этого необычного организма менялся меньше, чем у других видов.
Именно поэтому он является отличной моделью для изучения первых этапов эволюции обмена веществ.
Рожье Браакман (Rogier Braakman) и Эрик Смит (Eric Smith) применили метод филометаболического анализа, где построение генетического древа родства (филогения) сочетается с реконструкцией химических сетей метаболизма. Так ученые смогли «увидеть не только то, какая информация меняется, но какие силы меняют химические механизмы, закодированные теми или иными генами», — объясняет Браакман.
Авторы статьи, вышедшие в журнале PLOS One, подчеркивают три основных движущих силы эволюции обмена веществ: оптимизация кинетики (в двух вариантах – замена ферментов общего профиля множеством специализированных ферментов, и слияние следующих друг за другом ферментов в одном метаболическом пути, для минимизации рассеивания) и оптимизация термодинамики, за счет выбора наименее энергозатратных метаболических путей. Эти силы, пишут авторы, стоят за основным «выбором» эволюции (скорость против продуктивности).
По их мнению, первые организмы на Земле обладали относительно небольшим набором ферментов, каждый из которых мог слабо катализировать множество различных реакций.
Выявив динамику химических подсистем метаболизма, ученые могли бы определить фенотипические черты нашего общего предка, отмечает Браакман, и даже связать соперничество за ресурсы у представителей различных царств с эволюцией основных циклов биосферы.
По материалам пресс-релиза Института Санта-Фе.
Источник: А. Космарский nauka21vek.ru
