Наш общий предок имел «протекающую» мембрану, что объясняет фундаментальные различия в клетках
Исследователи из UCL с помощью математического моделирования выяснили, что Последний универсальный общий предок (LUCA) всей жизни на Земле имел «протекающую» клеточную мембрану. Это открытие, опубликованное в PLOS Biology, помогает ответить на два ключевых вопроса биологии:
- Почему все клетки используют один и тот же сложный механизм для получения энергии.
- Почему два типа одноклеточных организмов на самом глубоком ответвлении древа жизни — бактерии и археи — имеют совершенно разные клеточные мембраны.
Ключевые выводы исследования:
- «Протекающая» мембрана LUCA позволяла протонам свободно проходить через неё.
- LUCA, вероятно, обитал в гидротермальных источниках на дне океана, где естественный градиент концентрации протонов между щелочной жидкостью источника и кислой морской водой обеспечивал поток протонов внутрь клетки.
- Этот поток протонов приводил к синтезу аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального клеточного «топлива». Для этого процесса была необходима именно «протекающая» мембрана, чтобы протоны могли выходить из клетки и не накапливался заряд, блокирующий их дальнейший приток.
- Чтобы покинуть среду гидротермальных источников и колонизировать новые среды, потомки LUCA должны были эволюционировать и научиться активно выкачивать протоны для создания собственного градиента.
- Бактерии и археи решили эту задачу независимо, создав совершенно разные структуры мембран и протонные насосы, но сохранив общий механизм использования протонного градиента для синтеза АТФ. Это объясняет их фундаментальные различия в чертах, зависящих от мембраны, например, в репликации ДНК.
Цитаты исследователей:
- Доктор Ник Лейн (Nick Lane), руководитель исследования: «С одного базового предположения модель может объяснить фундаментальные различия между бактериями и археями».
- Виктор Сохо (Victor Sojo), первый автор: «Мы показываем, что современные "непротекающие" мембраны должны были эволюционировать позже, и сделали они это независимо в археях и бактериях. Это объясняет, почему мембранная биоэнергетика универсальна, а ионные насосы и мембраны — разные».
Следующий шаг — экспериментальное воссоздание условий древних гидротермальных источников, чтобы понять, как в таких условиях вели себя и взаимодействовали молекулы.