最初の普遍的共通祖先

最初の普遍的共通祖先( FUCA ) は、RNA分子からペプチド合成によるタンパク質形成への生物学的翻訳を実行できる遺伝コードを持つ最古の生物である非細胞実体であったと提案されています。[ 1 ] [ 2 ]その子孫には最後の普遍的共通祖先(LUCA)が含まれ、したがってすべての現代の細胞が含まれます。[ 1 ] [ 3 ] FUCA は、直接の現代の子孫を持たない LUCA の古代の姉妹系統の祖先でもありますが、LUCA の初期の子孫のゲノムに遺伝物質を水平伝播した可能性があります。[ 3 ]

FUCAは、ゲノムと自己複製にRNAを使用していた古代の生物システムであるプロゲノートで構成されたと考えられています。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]これと比較して、LUCAは複雑な代謝と、複数の遺伝子ファミリーにグループ化された数百の遺伝子を含むDNAゲノムを持っていました。[ 1 ]

起源

FUCAのような区画化された生物学が出現するはるか以前、生命はRNAワールドにおける前細胞時代の組織化を通じて出現したと仮説されています。[ 4 ]この時代、自己複製するRNA分子は遺伝情報を保存し、化学反応を触媒していました。翻訳機構と遺伝暗号は既知のすべての細胞とウイルスに普遍的に存在しており、生物系の起源は単一であること（単系統性）を示唆しています。[ 1 ] [ 4 ]

FUCAは、RNA分子を使って情報をペプチドに変換し、タンパク質を生成する生物学的翻訳が可能な最初の生物であると考えられています。[ 1 ]この最初の翻訳システムは、エラーが発生しやすい初期の遺伝コードと同時に形成されたと考えられています。[ 1 ] FUCAは、特定のタンパク質の組み立てを指示する遺伝コードを持つ最初の生物システムです。[ 2 ]

FUCAの開発は、当初は遺伝コードがなかったため、段階的なプロセスであったと考えられます。[ 1 ] FUCAは、RNAとタンパク質の複合体であるリボソームから発生したと仮定されています。 [ 1 ]これは、より原始的なリボ核タンパク質機構から進化しました。[ 4 ] FUCAは、初期のペプチジルトランスフェラーゼセンターが初めて出現し、RNAワールド複製子がアミノ酸を短鎖オリゴペプチドに結合できるようになったときに出現しました。[ 1 ]

FUCAの最初の遺伝子は、リボソーム成分、原始的なtRNA-アミノアシルトランスフェラーゼ、および生物学的翻訳の安定化と維持を助ける他のタンパク質をコードしていた可能性が高い。[ 2 ]これらのランダムペプチドは、一本鎖核酸ポリマーに再び結合し、他の安定化分子と結合することで、システムの安定性と堅牢性を高めた可能性がある。[ 1 ] FUCAが成熟すると、その遺伝コードが完全に確立された。[ 1 ]

FUCA は、環境と成分や情報を交換する開放系の集団と、自己複製するリボ核タンパク質の集団で構成されていると提案されている。[ 4 ]これらの相互作用システムが到来すると、プロジェノート時代が始まった。[ 4 ]これらのシステムは、自己組織化プロセスによって遺伝コードの出現をもたらした時に成熟に達した。[ 4 ]この遺伝コードは、初めて、生物学的言語の形成を通じて、核酸とタンパク質の間の秩序だった相互作用を組織化することができた。 [ 4 ]これにより、細胞形成前の開放系が情報を蓄積し、自己組織化し始め、生化学的経路を組み立てることで最初のゲノムを生成した。[ 4 ]これらの経路は、おそらく独立して進化した異なるプロジェノート集団に現れた。[ 4 ]

ウイルスはFUCAの後、LUCAの前に進化した可能性があるという説があり、寄生性となった原始細胞から巨大ウイルスが進化したとされている。[ 4 ]

プロジェノテス

プロジェノート（リボサイトーシスまたはリボセルとも呼ばれる）[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]は、細胞やLUCAが存在する以前から、遺伝情報を激しく交換できる開放型または半開放型の生物学的システムである。[ 10 ] [ 11 ]プロジェノートという用語は、1977年にカール・ウーゼによって造語された。 [ 10 ]彼が生命の3つのドメイン（細菌、古細菌、真核生物）の概念を導入した頃である。ウーゼはまた、各ドメインが異なるプロジェノートに由来するとも提唱した。[ 11 ] [ 12 ]プロジェノートの意味は時とともに変化し、1980年代にドゥーリトルとダーネルは、この用語を3つの生命ドメインすべての単一の祖先を指すために使用し、[ 13 ]現在では最後の普遍的共通祖先（LUCA）と呼ばれている。[ 14 ]

リボサイトーシスとリボセルという用語は、リボソーム（プロトリボソーム）の初期形態としてのプロゲノートを指し、自己複製RNA [ 8 ] [ 9 ]通常のDNAゲノムの代わりにRNAゲノムを持つ仮説上の原始細胞生物です。[ 15 ]カール・ウーゼのダーウィンの細胞進化の閾値期には、プロゲノートは情報分子としてDNAではなくRNAを持っていたと考えられています。[ 7 ]

リボソームが古代のリボサイト、自己複製RNAシステムと機構から現在の翻訳機械へと進化したのは、リボソームの自己複製機構にタンパク質を組み込む選択圧によるものであり、それによって自己複製能力が高まったと考えられる。[ 15 ] [ 16 ]リボソームRNAは細胞やウイルスよりも前に、プロゲノートが存在していた時代に出現したと考えられている。[ 4 ]

プロジェノートはFUCAを構成し、FUCAの子孫でもある。[ 17 ] FUCAは初期の生物システムから成熟したプロジェノートへの移行を組織したと考えられている。[ 17 ]プロジェノートは、生物システムが初めて発生し、組み立てられたプロジェノート時代に支配的な形態であった。[ 17 ]プロジェノート時代は、前生物的 RNAワールドとペプチドワールド時代の後、しかしウイルス、細菌、古細菌などの生物や成熟した生物システムの出現と存在の前に起こったと考えられる。[ 17 ]

最も成功したプロゲノート集団は、おそらく炭水化物、アミノ酸、その他の中間代謝物や補因子を結合・処理できるものであった。[ 4 ]プロゲノートでは、膜による完全な区画化は見られず、タンパク質の翻訳も正確ではなかった。すべてのプロゲノートが単独で完全な代謝を行うわけではなく、プロゲノートごとに異なる代謝段階が起こった。したがって、相互作用するサブシステムのコミュニティが存在し、それらが集合的に協力し始め、最終的にLUCAに至ったと推定されている。[ 7 ]

リボン細胞とウイルス

真核生物に最も近い既知の古細菌（アカエオサイト）を結びつけるエオサイト仮説では、エオサイト系統の起源はRNAワールド由来のリボサイトであった可能性がある。細胞のDNAとDNA処理システムについては、「ウイルス外」のシナリオが提唱されている。このモデルでは、主要な遺伝情報物質であるDNAは、まずウイルスの中で進化し、その後リボサイトへと2度転移したと考えられる。1度目はリボサイトを細菌へと、2度目はリボサイトを古細菌へと変化させた。[ 9 ]

同様に、真核生物がDNAウイルスから進化したとする仮説であるウイルス真核生物発生論では、リボサイトがDNAウイルスの太古の宿主であった可能性がある。[ 18 ]リボサイトは遺伝情報をRNAに保存していたため、[ 18 ]ウイルスは当初、宿主リボ細胞に存在するRNA分解酵素に抵抗する手段としてDNAを使用していた可能性がある。DNAベースのシステムの導入は、進化する真核細胞における細胞内共生による葉緑体やミトコンドリアの後の付加と同様に、原始細胞にとって重要だった可能性がある。この仮説では、細菌、古細菌、真核生物はそれぞれ異なるウイルスからDNA情報システムを獲得した。[ 19 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h i j k Prosdocimi, Francisco; José, Marco V.; de Farias, Sávio Torres (2019), Pontarotti, Pierre (ed.) 「LUCA（最後のUCA）系統の最古の祖先としての最初の普遍共通祖先（FUCA）」進化、生命の起源、概念と方法、Cham: Springer International Publishing、pp.  43– 54、doi : 10.1007/978-3-030-30363-1_3、ISBN 978-3-030-30363-1, S2CID  199534387 , 2022年6月29日にオリジナルからアーカイブ、 2023年11月2日取得{{citation}}: CS1 maint: ISBNによる作業パラメータ（リンク）
  2. ^ a b c Prosdocimi, Francisco; Farias, Farias (2020). From FUCA To LUCA: A Theoretical Analysis on the Common Descent of Gene Families . doi : 10.31080/ASMI.2020.03.0494 (inactive 12 July 2025) . 2023年11月2日閲覧。{{cite book}}: CS1 maint: DOIは2025年7月時点で非アクティブです（リンク）
  3. ^ a b Harris, Hugh MB; Hill, Colin (2021). 「生命の樹におけるウイルスの位置」 . Frontiers in Microbiology . 11. doi : 10.3389/fmicb.2020.604048 . ISSN 1664-302X . PMC 7840587. PMID 33519747 .   
  4. ^ a b c d e f g h i j k l m de Farias, Sávio Torres; Jose, Marco V.; Prosdocimi, Francisco (2021). 「細胞が複数の起源を持っていた可能性はあるか？」 Bio Systems . 202 104371. Bibcode : 2021BiSys.20204371D . doi : 10.1016/j.biosystems.2021.104371 . ISSN 1872-8324 . PMID 33524470 . 2023年12月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年2月23日閲覧。  
  5. ^ Woese, Carl (1998-06-09). 「普遍的な祖先」 . Proceedings of the National Academy of Sciences . 95 (12 ) : 6854– 6859. Bibcode : 1998PNAS...95.6854W . doi : 10.1073/pnas.95.12.6854 . ISSN 0027-8424 . PMC 22660. PMID 9618502 .   
  6. ^レーン・N (2015). 「重要な問い：エネルギー、進化、そして複雑な生命の起源」WWノートン. p.  77. ISBN 978-0-393-08881-6。
  7. ^ a b cホセ、マルコ V.レゴ、タイス・ガウデンシオ。ファリアス、サビオ・トーレス・デ (2015-12-03)。「最後の普遍共通祖先（LUCA）以前のプロテオームの提案」。国際宇宙生物学ジャーナル。15 (1): 27–31 .土井: 10.1017/S1473550415000464。ISSN 1473-5504。 
  8. ^ a b Yarus M (2002). 「始原遺伝学：リボサイトの表現型」. Annual Review of Genetics . 36 : 125–51 . doi : 10.1146/annurev.genet.36.031902.105056 . PMID 12429689 . 
  9. ^ a b c Forterre P, Krupovic M (2012). 「ビリオンとウイルス細胞の起源：逃避仮説の再考」.ウイルス：生命の必須因子. pp.  43– 60. doi : 10.1007/978-94-007-4899-6_3 . ISBN 978-94-007-4898-9。
  10. ^ a b Woese, Carl (1998-06-09). 「普遍的な祖先」 . Proceedings of the National Academy of Sciences . 95 (12): 6854– 6859. Bibcode : 1998PNAS...95.6854W . doi : 10.1073 / pnas.95.12.6854 . ISSN 0027-8424 . PMC 22660. PMID 9618502 .   
  11. ^ a b de Farias, Sávio Torres; Jose, Marco V.; Prosdocimi, Francisco (2021). 「細胞が複数の起源を持つ可能性はあるか？」 . Bio Systems . 202 104371. Bibcode : 2021BiSys.20204371D . doi : 10.1016/j.biosystems.2021.104371 . ISSN 1872-8324 . PMID 33524470. 2023年12月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年2月23日閲覧。  
  12. ^ Koonin, Eugene V (2014-03-01). 「カール・ウーゼの細胞進化と生命の領域に関するビジョン」 . RNA Biology . 11 (3): 197– 204. doi : 10.4161/rna.27673 . ISSN 1547-6286 . PMC 4008548. PMID 24572480 .   
  13. ^ Doolittle, WF; Darnell, JE (1986-03-01). 「進化の初期過程に関する考察」 . Proceedings of the National Academy of Sciences . 83 (5): 1271– 1275. Bibcode : 1986PNAS...83.1271D . doi : 10.1073 / pnas.83.5.1271 . ISSN 1091-6490 . PMC 323057. PMID 2419905 .   
  14. ^ Weiss, Madeline C.; Preiner, Martina; Xavier, Joana C.; Zimorski, Verena; Martin, William F. (2018-08-16). 「古代地球の化学と遺伝学の始まりにおける最後の普遍的共通祖先」 . PLOS Genetics . 14 (8) e1007518. doi : 10.1371/journal.pgen.1007518 . ISSN 1553-7390 . PMC 6095482. PMID 30114187 .   
  15. ^ a bレーンN (2015). 「重要な問い：エネルギー、進化、そして複雑な生命の起源」WWノートン. p.  77. ISBN 978-0-393-08881-6。
  16. ^ Fox GE (2010年9月). 「リボソームの起源と進化」 . Cold Spring Harb Perspect Biol . 2 (9) a003483. doi : 10.1101/cshperspect.a003483 . PMC 2926754. PMID 20534711 .  
  17. ^ a b c d de Farias, Sávio Torres; Jose, Marco V.; Prosdocimi, Francisco (2021). 「細胞が複数の起源を持つ可能性はあるか？」 . Bio Systems . 202 104371. Bibcode : 2021BiSys.20204371D . doi : 10.1016/j.biosystems.2021.104371 . ISSN 1872-8324 . PMID 33524470. 2023年12月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年2月23日閲覧。  
  18. ^ a b Claverie, Jean-Michel (2006). 「ウイルスは細胞進化の中心的役割を果たす」 . Genome Biology . 7 (6): 110. doi : 10.1186/gb-2006-7-6-110 . PMC 1779534. PMID 16787527 .  
  19. ^ Forterre, Patrick (2006年3月). 「リボソーム系統と3つのDNAウイルスがゲノムを複製するための3つのRNA細胞：細胞ドメインの起源に関する仮説」 . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 103 (10 ) : 3669–74 . Bibcode : 2006PNAS..103.3669F . doi : 10.1073 / pnas.0510333103 . JSTOR 30048645. PMC 1450140. PMID 16505372 .   
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=First_universal_common_ancestor&oldid=1330146791#Progenotes」より取得