Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось

Международная группа исследователей под руководством Бристольского университета пролила свет на самую раннюю экосистему Земли, показав, что через несколько сотен миллионов лет после формирования планеты жизнь на Земле уже процветала.

Все живое сегодня происходит от одного общего предка, известного под ласковым названием LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Учёные предполагают, что у всех современных клеточных организмов был общий предок — LUCA. Это был самый первый живой организм, от которого произошли все ныне живущие организмы: от бактерий до огромных деревьев и человека.

У всех потомков LUCA есть общие черты, которые подтверждают их родство:

• одинаковые аминокислоты, из которых строятся белки;
• общая энергетическая валюта АТФ;
• рибосомы и другие механизмы создания белков из информации, хранящейся в ДНК;
• сама ДНК как способ хранения генетической информации.

Команда сравнила гены живых видов и подсчитала мутации в их последовательностях. Для расчёта времени существования последнего универсального общего предка (LUCA) использовали генетический эквивалент уравнения, применяемого для определения скорости в физике. Оказалось, что LUCA существовал 4,2 миллиарда лет назад, через 400 миллионов лет после образования Земли и Солнечной системы.

Соавтор исследования доктор Сандра Альварес-Карретеро из Бристольской школы наук о Земле сказала:

Мы не ожидали, что LUCA окажется настолько древним, в пределах сотен миллионов лет после формирования Земли. Однако наши результаты согласуются с современными представлениями о пригодности ранней Земли для обитания.

Далее команда проработала биологию LUCA, смоделировав физиологические характеристики живых организмов на протяжении всей генеалогии жизни до LUCA. Ведущий автор исследования доктор Эдмунд Муди пояснил:

Эволюционная история генов осложняется их обменом между линиями. Нам приходится использовать сложные эволюционные модели, чтобы согласовать эволюционную историю генов с генеалогией видов.

Соавтор работы доктор Том Уильямс из Бристольской школы биологических наук сказал:

Одним из реальных преимуществ данного исследования является применение подхода к согласованию генов и деревьев видов к такому разнообразному набору данных, представляющему первичные области жизни архей и бактерий. Это позволяет нам с определенной долей уверенности утверждать и оценивать уровень уверенности в том, как жили LUCA.

Соавтор работы профессор Давиде Пизани заметил:

Наше исследование показало, что LUCA был сложным организмом, не слишком отличающимся от современных прокариот, но что действительно интересно, так это то, что он обладал ранней иммунной системой, показывая, что даже 4,2 миллиарда лет назад наш предок участвовал в гонке вооружений с вирусами.

Соавтор работы Тим Лентон (Университет Эксетера, Школа географии) сказал:

Очевидно, что LUCA использовал и изменял окружающую среду, но вряд ли он жил в одиночестве. Его отходы стали бы пищей для других микробов, например метаногенов, которые помогли бы создать экосистему переработки.

Выводы и методы, использованные в данной работе, также послужат основой для будущих исследований, в которых будет более подробно рассмотрена последующая эволюция прокариот в свете истории Земли, включая менее изученные Archaea с их метаногенными представителями, — добавила соавтор работы профессор Аня Спанг (Королевский нидерландский институт морских исследований).

Соавтор исследования профессор Филип Донохью заключает:

Наша работа объединяет данные и методы из нескольких дисциплин, открывая понимание ранней Земли и жизни, которое не может быть достигнуто только одной дисциплиной. Она также демонстрирует, насколько быстро на ранней Земле была создана экосистема. Это позволяет предположить, что жизнь может процветать на похожих на Землю биосферах в других частях Вселенной.

В исследовании также принимали участие ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Утрехтского университета, Центра экологических исследований в Будапеште и Высшей школы Окинавского института науки и технологий.

12.07.2024