Ранние организмы мутировали в тысячи раз быстрее нас

Первые организмы на Земле жили в исключительно жарком климате, который повышал скорость многих химических реакций. В результате организмы могли мутировать на порядки быстрее, чем в текущих условиях. К таким выводам пришли авторы работы, результаты которой опубликованы в журнале PNAS.
Химическая лабильность цитозина приводит к тому, что он может произвольно потерять аминогруппу, превратившись в нетипичный для ДНК нуклеотид урацил. При репликации он образует пару не с подходящим цитозину гуанином, а с аденином, приведя к замене исходной пары нуклеотидов. Этот процесс является одним из самых заметных в появлении спонтанных мутаций у современных организмов. Однако у ранних предков жизни он мог протекать на порядки активнее, обеспечивая стремительные изменения.
Химики из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл провели измерения кинетики некатализируемой реакции спонтанного дезаминирования цитозина, а также его производных, присутствующих в ДНК, – таких как 5-метилцитозин. Для всех соединений картина получилась сходная: скорость реакции линейно увеличивалась при нагревании от 90 до 200 градусов Цельсия.
Авторы работы во главе с Ричардом Вольфенденом (Richard Wolfenden) замечают, что история жизни на Земле может насчитывает больше 4 млрд лет. На протяжении этого времени средняя температура на планете опустилась от 100 до 25 °С в каменноугольный период и до 15 °C сегодня. Если это охлаждение в целом подчиняется классическим законам термодинамики, то оно развивается по логарифмической кривой – поначалу стремительно, но со временем замедляясь. С падением температуры снижается и скорость спонтанных реакций дезаминирования, протекающих в ДНК живых организмов.
Расчеты ученых показали, что в этом случае половина всех реакций дезаминирования произошла в первые 200 миллионов лет существования жизни, и около 99,4 процентов – в первые 2 миллиарда лет. Частота возникновения вызванных ими мутаций при снижении температуры с 100 до 25 °С упала в 4000 раз. «Известно, что другие потенциально мутагенные события еще более чувствительны к температуре, – заключают авторы, – Это могло привести к еще более сильному снижению скорости спонтанных мутаций по мере остывания Земли».

Роман Фишман