Elise Haynes Ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA) to domniemany wspólny przodek, od którego wywodzi się całe współczesne życie komórkowe, od organizmów jednokomórkowych, takich jak bakterie, po gigantyczne sekwoje – a także nas, ludzi. Zatem nasze zrozumienie LUCA wpływa na nasze zrozumienie wczesnej ewolucji życia na Ziemi.
Probabilistyczne szacunki sieci metabolicznych ze współczesnego życia, które były obecne w LUCA. Źródło obrazu: Moody i in., doi: 10.1038/s41559-024-02461-1.
LUCA jest węzłem na drzewie życia, z którego odgałęziają się podstawowe domeny archeonów (archeony i bakterie).
Współczesne życie wyewoluowało z LUCA z różnych i różnorodnych źródeł: te same aminokwasy użyte do budowy białek we wszystkich organizmach komórkowych, wspólna waluta energii (ATP), istnienie maszynerii komórkowej, takiej jak rybosomy i inne związane z wytwarzaniem białek z przechowywanych informacji w DNA, a nawet fakt, że samo DNA życia komórkowego służy do przechowywania informacji.
W nowych badaniach naukowiec Edmund Moody z Uniwersytetu w Bristolu wraz ze współpracownikami porównał wszystkie geny w genomach żywych gatunków i policzył mutacje, które wystąpiły w ich sekwencjach na przestrzeni czasu, odkąd miały one wspólnego przodka w LUCA.
Czas rozbieżności niektórych gatunków jest znany z zapisu kopalnego, dlatego zespół wykorzystał genetyczny odpowiednik znanego równania używanego do obliczania prędkości w fizyce, aby dowiedzieć się, kiedy istniała LUCA, i doszedł do odpowiedzi, że miało to miejsce 4,2 miliarda lat temu – zaledwie 400 milionów lat po powstaniu Ziemi i naszego Układu Słonecznego.
„Ewolucyjna historia genów jest skomplikowana ze względu na ich wymianę między liniami” – stwierdził dr Moody.
„Musimy zastosować złożone modele ewolucyjne, aby pogodzić ewolucyjną historię genów i linii gatunkowych”.
Dr Sandra Alvarez Carretero, również z Uniwersytetu w Bristolu, powiedziała: „Nie spodziewaliśmy się, że planeta LUCA będzie tak stara, setki milionów lat po powstaniu Ziemi”.
„Jednak nasze wyniki są zgodne z najnowszymi poglądami na temat możliwości zamieszkania na wczesnej Ziemi”.
Autorzy badania pracowali także nad zdefiniowaniem biologii LUCA poprzez modelowanie cech fizjologicznych żywych gatunków w całym łańcuchu życiowym prowadzącym do LUCA.
„Jedną z prawdziwych zalet jest zastosowanie podejścia polegającego na uzgadnianiu drzew genowych i gatunków do tak zróżnicowanego zestawu danych reprezentujących podstawowe domeny życia – archeony i bakterie” – powiedział dr Tom Williams z Uniwersytetu w Bristolu.
„Dzięki temu możemy z dość dużą pewnością stwierdzić i ocenić poziom pewności na temat tego, jak żyje LUCA”.
Profesor David Pisani z Uniwersytetu w Bristolu powiedział: „Nasze badanie pokazuje, że LUCA był organizmem złożonym, niewiele różniącym się od współczesnych prokariotów, ale naprawdę interesujące jest to, że wyraźnie miał wczesny układ odpornościowy, co wykazało, że nawet przed 4,2 miliard lat temu nasi przodkowie brali udział w wyścigu zbrojeń z wirusami.
Doktor Tim Lenton, badacz z Uniwersytetu w Exeter, powiedział: „Jest oczywiste, że LUCA wykorzystywał i zmieniał swoje środowisko, ale jest mało prawdopodobne, aby żył samotnie”.
„Ich odpady mogły stanowić pożywienie dla innych drobnoustrojów, takich jak metanogeny, które pomogłyby stworzyć ekosystem recyklingu”.
Profesor Anya Spang, badaczka w Królewskim Holenderskim Instytucie Badań Morskich, powiedziała: „Wyniki i metody zastosowane w tej pracy przydadzą się również przyszłym badaniom badającym bardziej szczegółowo późniejszą ewolucję prokariotów w świetle historii Ziemi, w tym mniej- badali archeony i ich metanogennych przedstawicieli”.
„Nasza praca łączy dane i metody z wielu dyscyplin, ujawniając spostrzeżenia na temat Ziemi i wczesnego życia, których nie można osiągnąć w ramach żadnej dyscypliny” – powiedział Philip Donoghue, profesor na Uniwersytecie w Bristolu.
„Pokazuje również, jak szybko powstał ekosystem na wczesnej Ziemi”.
„To sugeruje, że życie może rozkwitać w biosferach podobnych do Ziemi w innych częściach wszechświata”.
Badania opisano w papier Opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Ekologia naturalna i ewolucja.
_____
BLAD Moody i in. Natura ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka i jej wpływ na wczesny system ziemski. Nat Ecol EvolOpublikowano w Internecie 12 lipca 2024 r.; doi: 10.1038/s41559-024-02461-1
Ten artykuł jest kopią komunikatu prasowego udostępnionego przez Uniwersytet w Bristolu.
