Розкрийте таємниці LUCA, найдавніших форм життя на Землі

a Брістольський університетДослідження дослідників Гарвардського університету виявило, що життя на Землі, яке походить від спільного предка під назвою LUCA, процвітало незабаром після утворення планети.

Завдяки генетичному аналізу та еволюційному моделюванню дослідники точно встановили існування LUCA приблизно 4,2 мільярда років тому, показавши, що це складний організм із ранньою імунною системою, інтегрованою з найдавнішими екосистемами на Землі.

Генетичний план LUCA та його нащадків

Усе живе сьогодні походить від єдиного спільного предка, ніжно відомого як LUCA (останній універсальний спільний предок).

LUCA є передбачуваним загальним предком, від якого походить усе сучасне клітинне життя, від одноклітинних організмів, таких як бактерії, до гігантських секвой (а також нас, людей). LUCA представляє корінь дерева життя до того, як воно розділилося на відомі сьогодні групи: бактерії, археї та евкаліпти. Сучасне життя розвинулося з LUCA з різних джерел: те саме Амінокислоти Вони використовуються для створення білків у всіх клітинних організмах, загальної валюти енергії (АТФ) і існування клітинних механізмів, таких як рибосоми та інші, пов’язані з утворенням білків із інформації, що зберігається в ДНКі навіть той факт, що всі клітинні форми життя використовують саму ДНК як засіб зберігання інформації.

Методи дослідження та ера LUCA

Команда порівняла всі гени в геномах організмів Класифікуватишляхом підрахунку мутацій, які виникли в їхніх послідовностях з часом, оскільки вони мали спільного предка в LUCA.

Час поділу деяких видів відомий зі скам’янілостей, тому команда використала генетичний еквівалент відомого рівняння, яке використовується для обчислення швидкості у фізиці, щоб з’ясувати, коли існував LUCA, і прийшла до відповіді, що це сталося 4,2 мільярда років тому приблизно через чотириста мільйонів років після формування Землі та нашої Сонячної системи.

Доктор Сандра Альварес Карретеро, співавтор дослідження з Бристольської школи наук про Землю, сказала: «Ми не очікували, що планета Лука буде такою старою протягом сотень мільйонів років після формування Землі. Однак наші результати послідовні. з останніми поглядами на придатність для життя ранньої Землі.

Фізіологічні ідеї та еволюційне моделювання LUCA

Далі команда працювала над визначенням біології LUCA шляхом моделювання фізіологічних характеристик живих видів через лінію життя до LUCA. Провідний автор доктор Едмунд Муді пояснив: «Історія еволюції генів ускладнюється їхнім обміном між лініями. Ми повинні використовувати складні еволюційні моделі, щоб узгодити еволюційну історію генів із генеалогією видів».

Доктор Том Вільямс, співавтор дослідження з Бристольської школи біологічних наук, сказав: «Одною з реальних переваг тут є застосування підходу узгодження дерева генів і дерева видів до такого різноманітного набору даних, що представляють фундаментальні сфери життя, такі як Це дозволяє нам «досить впевнено говорити про те, як живе LUCA».

Складність проекту LUCA та його вплив на навколишнє середовище

Професор Девід Пізані, співавтор дослідження, сказав: «Наше дослідження показало, що LUCA був складним організмом, який не сильно відрізнявся від сучасних прокаріотів, але що справді цікаво, це те, що він явно мав ранню імунну систему, показуючи, що навіть раніше «4,2 мільярда років тому наші предки були залучені в гонку озброєнь з вірусами».

Співавтор Тім Лентон (зі Школи географії Ексетерського університету) сказав: «LUCA явно використовували та змінювали навколишнє середовище, але навряд чи вони жили самі. Їхні відходи могли бути їжею для інших мікробів, таких як метаногени. , що допоможе створити екосистему переробки».

Більш широкі наслідки навчання для раннього життя

Співавтор, професор Аня Спанг (Королівський інститут морських досліджень Нідерландів) додала: «Результати та методи, використані в цій роботі, також принесуть користь майбутнім дослідженням, які більш детально вивчатимуть подальшу еволюцію архей у світлі історії Землі, включаючи менш вивчені археї та їх метаногенні представники».

Професор Філіп Донох’ю, співавтор, сказав: «Наша робота об’єднує дані та методи з багатьох дисциплін, розкриваючи уявлення про Землю та раннє життя, яких не вдалося досягти жодною дисципліною. Це також показує, як швидко була створена екосистема Земля. Це говорить про те, що життя може процвітати в біосферах, подібних до Землі, в інших частинах Всесвіту».

Довідка: Едмунд Р. Р. Муді, Сандра Альварес-Карретеро, Тара А. Махендрараджа, Джеймс В. Кларк, Холлі К. Бейтс, Ніна Домбровскі, Ленард Л. «Природа останнього універсального спільного предка та його вплив на ранню систему Землі» Ксанту, Річард А. Бойл і Стюарт Денніс, Ши Чен, Нік Лін, Чжіхен Ян, Грем А. Шилдс, Герглі Дж. Солосі, Аня Спанг, Девід Пізані, Том А. Вільямс, Тімоті М. Лінтон і Філіп К. Дж. Донохью, 12 липня 2024 р. Природна екологія та еволюція.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

У дослідженні також брали участь вчені з Університетського коледжу Лондона (UCL), Утрехтського університету, Будапештського центру екологічних досліджень і Окінавського науково-технологічного інституту.

Дослідження фінансував фонд Джона Темплтона. Погляди, висловлені в цій публікації, належать авторам і не обов’язково відображають погляди Фонду Джона Темплтона.