Раскройте тайны LUCA, древнейшей формы жизни на Земле.

а Бристольский университетИсследование исследователей Гарвардского университета показало, что жизнь на Земле, происходящая от общего предка по имени LUCA, процветала вскоре после формирования планеты.

С помощью генетического анализа и эволюционного моделирования исследователи определили существование LUCA около 4,2 миллиарда лет назад, показав, что это сложный организм с ранней иммунной системой, интегрированной с древнейшими экосистемами на Земле.

Генетическая схема LUCA и ее потомков

Все живое сегодня происходит от одного общего предка, которого ласково называют LUCA (Последний универсальный общий предок).

LUCA — предполагаемый общий предок, от которого произошла вся современная клеточная жизнь: от одноклеточных организмов, таких как бактерии, до гигантских секвой (как и мы, люди). LUCA представляет собой корень древа жизни до того, как оно разделилось на известные сегодня группы: бактерии, археи и эвкалипты. Современная жизнь развилась из LUCA из разных источников: то же самое Аминокислоты Они используются для построения белков во всех клеточных организмах, общей валюты энергии (АТФ) и существования клеточных механизмов, таких как рибосомы и других, связанных с созданием белков из информации, хранящейся в ДНКи даже тот факт, что все клеточные формы жизни используют саму ДНК как средство хранения информации.

Методы исследования и эпоха LUCA

Команда сравнила все гены в геномах организмов. Классифицироватьпутем подсчета мутаций, которые произошли в их последовательностях с течением времени с тех пор, как они имели общего предка в LUCA.

Время разделения некоторых видов известно из летописи окаменелостей, поэтому команда использовала генетический эквивалент знакомого уравнения, используемого для расчета скорости в физике, чтобы выяснить, когда существовал LUCA, и пришла к ответу, что это произошло 4,2 миллиарда лет назад. , примерно через четыреста миллионов лет после образования Земли и нашей солнечной системы.

Доктор Сандра Альварес Карретеро, соавтор исследования Бристольской школы наук о Земле, сказала: «Мы не ожидали, что планета Лука окажется такой старой, спустя сотни миллионов лет после формирования Земли. Однако наши результаты последовательны. с недавними взглядами на обитаемость ранней Земли.

Физиологические данные и эволюционное моделирование LUCA

Затем команда работала над определением биологии LUCA, моделируя физиологические характеристики живых видов на основе линии жизни LUCA. Ведущий автор доктор Эдмунд Муди объяснил: «Эволюционная история генов сложна из-за их обмена между линиями. Нам приходится использовать сложные эволюционные модели, чтобы согласовать эволюционную историю генов с генеалогией видов».

Доктор Том Уильямс, соавтор исследования Бристольской школы биологических наук, сказал: «Одним из реальных преимуществ здесь является применение подхода согласования генного дерева и древа видов к такому разнообразному набору данных, представляющих фундаментальные области жизни, такие как архей и бактерий. Это позволяет нам «говорить об этом довольно уверенно и оценивать уровень уверенности в том, как живет LUCA».

Сложности проекта LUCA и его воздействие на окружающую среду

Профессор Дэвид Пизани, соавтор исследования, сказал: «Наше исследование показало, что LUCA был сложным организмом, мало чем отличающимся от современных прокариот, но что действительно интересно, так это то, что он явно имел раннюю иммунную систему, показывая, что еще до «4,2 миллиарда лет назад наши предки вели гонку вооружений с вирусами».

Соавтор Тим Лентон (из Школы географии Университета Эксетера) сказал: «LUCA явно эксплуатировали и изменяли окружающую среду, но они вряд ли жили в одиночку. Их отходы могли быть пищей для других микробов, таких как метаногены. , что поможет создать экосистему переработки».

Более широкие последствия обучения для раннего возраста

Соавтор профессор Аня Спанг (Королевский институт морских исследований Нидерландов) добавила: «Результаты и методы, использованные в этой работе, также принесут пользу будущим исследованиям, более подробно исследующим последующую эволюцию архей в свете истории Земли, включая менее изученные виды. археи и их метаногенные представители».

Профессор Филип Донохью, соавтор, сказал: «Наша работа объединяет данные и методы из разных дисциплин, раскрывая понимание о Земле и ранней жизни, которое не могло быть достигнуто ни одной дисциплиной в одиночку. Это также показывает, как быстро была создана экосистема на ранней стадии. Земля. Это «предполагает, что жизнь может процветать в земных биосферах в других частях Вселенной».

Ссылка: «Природа последнего универсального общего предка и его влияние на раннюю систему Земли», Эдмунд Р. Р. Муди, Сандра Альварес-Карретеро, Тара А. Махендрараджа, Джеймс В. Кларк, Холли К. Бейтс, Нина Домбровски, Ленард Л. Ксанту, Ричард А. Бойл и Стюарт Деннис, Ши Чен, Ник Линь, Чжихэн Ян, Грэм А. Шилдс, Гергели Дж. Солоси, Аня Спанг, Дэвид Пизани, Том А. Уильямс, Тимоти М. Линтон и Филип С.Дж. Донохью, 12 июля 2024 г. Естественная экология и эволюция.
дои: 10.1038/s41559-024-02461-1

В исследовании также приняли участие ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Утрехтского университета, Будапештского центра экологических исследований и Окинавского института науки и технологий при аспирантуре.

Исследование финансировалось Фондом Джона Темплтона. Мнения, выраженные в данной публикации, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Фонда Джона Темплтона.