4. Родинні перипетії 
Останні експерименти in silico з аналізу часу виникнення певних родин генів показують, що в історії генофонду планети приблизно 3,3–2,85 млрд років тому існував період «великого геноутворення», протягом якого за відносно короткий час виникла чверть всіх існуючих зараз родин генів. Які основні групи генних родин, на вашу думку, виникли в цей період? Відповідь обґрунтуйте.

      У наш час є кілька основних підходів до вивчення найдавніших етапів земного життя. Перший з них - це пошук слідів у кам'яному літописі.

      Інший шлях має справу з реальними свідками тих незбагненних часів. Ці свідки - гени живучих нині організмів. Простежуючи хід змін генів, відповідальних за ту або іншу властивість організмів, можна реконструювати зміни в зовнішньому середовищі, пов'язані із цією властивістю.

       Цей підхід багато в чому заснований на статистичних наближеннях і ймовірнісних оцінках, тому ідеологічно він не занадто близький палеонтологам, що звикли мати справа з фактами. Однак саме він в умовах надзвичайно вбогих фактичних даних по викопних об'єктах дає вражаючі результати.

     До таких результатів відноситься й робота Лоренса Девида (Lawrence A. David) і Ерика Альма (Eric J. Alm) з Массачусетского технологічного інституту (MIT). Будучи фахівцями в області біоінформатики, вони змогли обрисувати динаміку розмаїтності генів у ході земної еволюції. Іншими словами, вони оцінили загальну розмаїтість генів, темпи їхньої появи й елімінації, а також інтенсивність горизонтальних переносів і дуплікацій, тобто всі ті процеси, з яких складається еволюція генів. Природно, у цій узагальненій картині враховувалися не кожна нуклеотидная заміна й не кожний ген, довелося працювати широкими еволюційними мазками: обраховувалися не окремі гени, а родини  генів. При цьому всі унікальні родини генів взагалі не приймалися до уваги, тому що їх ні із чим зрівняти.

       В  історії земного життя був особливий період, коли швидкість появи нових генних родин різко зросла; слідом за цим різко зросла й швидкість випадання генних родин . Цей період доводиться на середній-верхній архей - 3,3-2,85 млрд років тому. Автори назвали його «Архейська експансія генів».

     Що викликало Архейську експансію, які події привели до настільки радикальних змін генів мікроорганізмів? Звичайно, точної відповіді на це питання немає. Але автори запропонували свою версію. Вони подивилися, які функціональні групи генів у цей період з'являлися найактивніше, провели спеціальні обчислення, порівнюючи темпи появи різних функціональних груп родин  генів до експансії й під час експансії.

      Серед провідних функціональних родин  виявилися гени, пов'язані з роботою електронтранспортного  ланцюга . Особливо важливими виявилися інновації, що дозволяють зв'язувати сірку, залізо й кисень. Також примітно, що НАДН і НАДФН - найважливіші з'єднання, що беруть участь у диханні  бактерій, не виявляють прискореного відновлення по ходу Архейської експансії. Їхня еволюція й становлення відбувалися до цього періоду. Зате вся ферментна машина, пов'язана з роботою нуклеотидних послідовностей , сформувалася до Архейської експансії.

      Це цілком очевидно: якими б не були умови на планеті, живі організми повинні були вміти копіювати себе, тому в першу чергу вони зобов'язані були  встановити інструменти для реплікації. Ферменти, що беруть участь у  метаболізмі, з'являлися з рівною швидкістю й до й після експансії. До речі, саме вони й становлять основу початкового етапу еволюції генних родин.

Таким чином, під час Архейської експансії організми освоювали різні способи й субстрати для отримання енергії, удосконалюючи варіанти дихального  електронтранспортного ланцюга. Мікроорганізми вбудовувалися в різні геохімічні цикли. Цей процес міг відбуватися як по ходу становлення геохімічних циклів, так і в міру еволюції бактерій.

    Що ж стосується становлення кисневої атмосфери на Землі, те цей процес, як видно, не зв'язаний прямо з Архейською експансією.

     Максимум появи генів, пов'язаних з кисневим диханням, припадає  на самий кінець періоду Архейської експансії. Так що, швидше за все, не цей процес вплинув на підривну еволюцію бактерій в археї.

    Було б корисно зіставити графіки, що вийшли, з іншими геохімічними змінами планети, однак це завдання вимагає спеціальної фактичної інформації. Автори дослідження представили результати розрахунків по появі генів, пов'язаних з певними металами, сіркою, азотом. Більш-менш осмислена картина вийшла тільки з міддю й молібденом. Відповідно до моделей, розчинність цих металів у міру становлення кисневої атмосфери поступово підвищувалася. Паралельно збільшувалася й частка генів, що обслуговують ці метали

   З іншими субстратами ситуація менш очевидна й вимагає залучення додаткових гіпотез, альтернативних геохімічних моделей або ж геохімічних даних іншого типу. Потрібно при цьому підкреслити, що сама ідея зіставити еволюцію функціональних груп генів з даними по геохімії й геології планети бачиться винятково плідною. Просто поки що робіт, що експлуатують цю ідею, практично немає, як немає й досвіду співробітництва геологів, геохіміків і біоінформатиків.

     Недоліками  даного підходу для реконструкції життя на нашій планеті є статистична невизначеність кінцевого результату: яку реконструкцію бактеріальної еволюції покладеш в основу дослідження, такий результат і одержиш в остаточному підсумку. Від початкових посилок буде залежати результат дослідження.

    Автори дослідження припускають, що незалежні геохімічні дані можуть допомогти вибрати найбільш правдоподібний варіант філогенії. Виходить, справа за подальшою кооперацією фахівців з різних областей науки