Биологи померили температуру древней земли

Один из самых интригующих вопросов биологии – это вопрос о том, как появилась и развивалась жизнь на нашей планете. Однако для ответа на этот вопрос необходимо знание того, каковы были условия на Земле на ранней стадии ее эволюции, т.е. сотни миллионов и миллиарды лет тому назад. До сих пор такими исследованиями занимались представители небиологических наук: физики, химии, минералогии. Однако в постгеномную эру, благодаря развитию биоинформатики и генной инженерии, такие задачи стали по плечу и биологам.

Хорошим примером может служить измерение температур нашей планеты, при которых развивалась жизнь, начиная с самой глубокой древности. Исследователи Университета Флориды (США) задались целью реконструировать древние белки предков нынешних организмов, чтобы оценить температурный оптимум их функционирования. В качестве модельных белков были выбраны факторы элонгации (EF), необходимые для трансляции на рибосомах. Температура плавления (т.е. термостабильность) EF у бактерий четко коррелирует с типичной температурой обитания этих организмов.

Реконструкция предковых форм факторов элонгации была проведена методами биоинформатики и молекулярной филогении, при этом получили несколько вариантов генов предков современных организмов, возрастом от примерно 0.5 до 3.5 миллиардов лет. Далее предковые гены EF были синтезированы и экспрессированы в специальных штаммах E.coli. Из этих штаммов выделили реконструированные EF, а затем определили их температуру плавления.

Измерения показали (рисунок), что температура древней Земли, при которой развивалась жизнь, была существенно выше нынешней и составляла 3.5 млрд лет назад 65-73ºС, а затем постепенно снижалась. Эти оценки вполне соответствуют данным, полученным независимо химическими и геофизическими методами. Таким образом, биологи разработали новый подход к оценке условий древней Земли, который может иметь самые разнообразные применения.