Odkryj sekrety LUCA, najstarszych form życia na Ziemi

Cyfrowa reprezentacja pokazująca, jak LUCA została faktycznie zaatakowana przez wirusy już 4,2 miliarda lat temu. Prawa autorskie: Projekt graficzny naukowy

A Uniwersytet w BristoluBadanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Harvarda wykazało, że życie na Ziemi, które wywodzi się od wspólnego przodka zwanego LUCA, rozkwitło wkrótce po powstaniu planety.

Dzięki analizie genetycznej i modelowaniu ewolucyjnemu naukowcy wskazali istnienie LUCA około 4,2 miliarda lat temu, ujawniając, że jest to złożony organizm z wczesnym układem odpornościowym zintegrowanym z najstarszymi ekosystemami na Ziemi.

Plan genetyczny LUCA i jego potomków

Wszystko, co żyje dzisiaj, pochodzi od jednego wspólnego przodka, pieszczotliwie zwanego LUCA (ostatni uniwersalny wspólny przodek).

LUCA jest domniemanym wspólnym przodkiem, od którego wywodzi się całe współczesne życie komórkowe, od organizmów jednokomórkowych, takich jak bakterie, po gigantyczne drzewa sekwoi (a także nas, ludzi). LUCA reprezentuje korzeń drzewa życia, zanim podzieliło się na znane dziś grupy: bakterie, archeony i eukaliptusy. Współczesne życie rozwinęło się z LUCA z różnych źródeł: tego samego Aminokwasy Są wykorzystywane do budowy białek we wszystkich organizmach komórkowych, wspólnej waluty energii (ATP) oraz istnienia maszynerii komórkowej, takiej jak rybosomy i inne, związane z wytwarzaniem białek z informacji przechowywanych w DNAa nawet fakt, że wszystkie komórkowe formy życia wykorzystują samo DNA do przechowywania informacji.

Metody badawcze i era LUCA

Zespół porównał wszystkie geny występujące w genomach organizmów żywych Klasyfikowaćlicząc mutacje, które wystąpiły w ich sekwencjach na przestrzeni czasu, odkąd mieli wspólnego przodka w LUCA.

Czas oddzielenia się niektórych gatunków jest znany z zapisu kopalnego, dlatego zespół wykorzystał genetyczny odpowiednik znanego równania używanego w fizyce do obliczania prędkości, aby dowiedzieć się, kiedy istniała LUCA, i doszedł do odpowiedzi, że miało to miejsce 4,2 miliarda lat temu , około czterysta milionów lat po powstaniu Ziemi i naszego Układu Słonecznego.

Dr Sandra Alvarez Carretero, współautorka badania z Bristol School of Earth Sciences, powiedziała: „Nie spodziewaliśmy się, że planeta Luca będzie tak stara w ciągu setek milionów lat od powstania Ziemi. Jednak nasze wyniki są spójne z najnowszymi poglądami na temat możliwości zamieszkania na wczesnej Ziemi.

Spostrzeżenia fizjologiczne i modelowanie ewolucyjne LUCA

Następnie zespół pracował nad określeniem biologii LUCA poprzez modelowanie cech fizjologicznych żywych gatunków na podstawie linii życia LUCA. Główny autor, dr Edmund Moody, wyjaśnił: „Ewolucyjną historię genów komplikuje ich wymiana między liniami rodowymi. Musimy zastosować złożone modele ewolucyjne, aby pogodzić ewolucyjną historię genów z genealogią gatunków”.

Dr Tom Williams, współautor badania z Wydziału Nauk Biologicznych w Bristolu, powiedział: „Jedną z prawdziwych zalet jest zastosowanie podejścia polegającego na uzgadnianiu drzew genowych i drzew gatunków do tak zróżnicowanego zestawu danych reprezentujących kluczowe domeny życia, takie jak archeonami i bakteriami pozwala nam to „mówiąc to z w miarę pewnym przekonaniem i oceniając poziom pewności co do tego, jak żyje LUCA”.

Złożoność projektu LUCA i jego wpływ na środowisko

Profesor David Pisani, współautor badania, powiedział: „Nasze badanie wykazało, że LUCA jest organizmem złożonym, niezbyt różniącym się od współczesnych prokariotów, ale naprawdę interesujące jest to, że wyraźnie miał wczesny układ odpornościowy, co pokazuje, że jeszcze przed „4,2 miliarda lat temu nasi przodkowie brali udział w wyścigu zbrojeń z wirusami”.

Współautor Tim Lenton (ze Szkoły Geografii Uniwersytetu w Exeter) powiedział: „LUCA wyraźnie wykorzystywali i zmieniali swoje środowisko, ale jest mało prawdopodobne, aby żyli samotnie. Ich odpady mogły stanowić pożywienie dla innych drobnoustrojów, takich jak metanogeny , co pomogłoby w stworzeniu ekosystemu recyklingu.”

Szersze implikacje nauki dla wczesnego życia

Współautorka, profesor Anya Spang (Królewski Holenderski Instytut Badań Morskich) dodała: „Wyniki i metody zastosowane w tej pracy przydadzą się również przyszłym badaniom badającym bardziej szczegółowo późniejszą ewolucję archeonów w świetle historii Ziemi, w tym mniej zbadanych archaea i ich metanogenni przedstawiciele”.

Profesor Philip Donoghue, współautor, powiedział: „Nasza praca łączy dane i metody z wielu dyscyplin, ujawniając spostrzeżenia na temat Ziemi i wczesnego życia, których nie można byłoby uzyskać w przypadku żadnej dyscypliny oddzielnie. Pokazuje również, jak szybko powstał ekosystem Ziemia. To „To sugeruje, że życie może rozkwitać w biosferach podobnych do Ziemi gdzie indziej we wszechświecie”.

Odniesienia: „Natura ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka i jego wpływ na wczesny system ziemski” Edmunda R. R. Moody’ego, Sandry Alvarez-Carretero, Tary A. Mahendrarajah, Jamesa W. Clarka, Holly C. Bates, Niny Dombrowski, Lenard L. Xantho, Richard A. Boyle i Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton i Philip C. J. Donoghue, 12 lipca 2024 r. Ekologia naturalna i ewolucja.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

W badaniu uczestniczyli także naukowcy z University College London (UCL), Uniwersytetu w Utrechcie, Budapeszteńskiego Centrum Badań nad Środowiskiem oraz Instytutu Nauki i Technologii Okinawa Uniwersytetu Absolwentów.

Badania sfinansowała Fundacja Johna Templetona. Poglądy wyrażone w tej publikacji są poglądami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy Fundacji Johna Templetona.