Ученые из Бристольского университета совершили удивительное открытие: жизнь на Земле, зародившаяся от общего предка по имени LUCA (Last Universal Common Ancestor – Последний универсальный общий предок), расцвела вскоре после формирования нашей планеты. Используя генетический анализ и эволюционное моделирование, исследователи определили, что LUCA существовал уже около 4,2 миллиарда лет назад, и представлял собой сложный организм с зачатками иммунной системы, игравшей важную роль в древнейших экосистемах Земли.
Содержание
Генетический портрет LUCA и его потомки
Все живое на Земле, от крошечных бактерий до гигантских секвой и, конечно же, нас с вами, происходит от одного общего предка, которого ученые любовно называют “ЛУКА”. Это гипотетический организм, стоящий у корней древа жизни, до того как оно разделилось на известные нам сегодня ветви: бактерии, археи и эукариоты.
LUCA завещал современной жизни множество общих черт: одни и те же аминокислоты, из которых состоят белки во всех клетках, универсальную энергетическую “валюту” – АТФ, клеточные “машины” – рибосомы и другие структуры, синтезирующие белки по инструкции ДНК, и, наконец, саму ДНК – хранилище генетической информации.
Методы исследования и возраст LUCA
Ученые сравнили гены множества современных организмов, подсчитывая мутации, накопившиеся в них со времен LUCA. Используя данные о возрасте окаменелостей для калибровки “генетических часов”, исследователи смогли определить, когда жил наш общий предок. Оказалось, что LUCA появился около 4,2 миллиарда лет назад, всего через несколько сотен миллионов лет после образования Земли и Солнечной системы.
“Мы не ожидали, что LUCA окажется таким древним”, – признается доктор Сандра Альварес-Карретеро из Бристольской школы наук о Земле. – “Однако наши результаты согласуются с современными представлениями о ранней обитаемости Земли”.
Физиология LUCA и моделирование эволюции
Далее, используя эволюционные модели, команда реконструировала биологические особенности LUCA, прослеживая историю генов вглубь времен.
“Эволюционная история генов усложняется их обменом между линиями организмов”, – объясняет ведущий автор исследования, доктор Эдмунд Муди. – “Нам пришлось использовать сложные модели, чтобы согласовать эволюцию генов с генеалогией видов”.
“Одно из главных преимуществ нашего подхода – это использование разнообразного набора данных, представляющего все три домена жизни – бактерии, археи и эукариоты”, – добавляет соавтор, доктор Том Уильямс из Бристольской школы биологических наук. – “Это позволяет нам с определенной степенью уверенности говорить о том, как жил LUCA”.
Сложность LUCA и его влияние на окружающую среду
“Наше исследование показало, что LUCA был сложным организмом, не слишком отличающимся от современных прокариот”, – рассказывает профессор Давиде Пизани. – “Но что действительно интересно, так это наличие у него зачатков иммунной системы, что указывает на то, что уже 4,2 миллиарда лет назад наш предок вел борьбу с вирусами”.
“Очевидно, что LUCA не только жил в окружающей среде, но и изменял ее”, – добавляет соавтор Тим Лентон (Университет Эксетера, Школа географии). – “Вполне вероятно, что он был частью целой экосистемы, где его отходы служили пищей для других микробов, например, метаногенов”.
Что это открытие значит для науки?
“Полученные результаты и использованные методы лягут в основу будущих исследований, посвященных более детальному изучению эволюции прокариот, в том числе малоизученных архей и их метаногенных представителей”, – считает соавтор, профессор Аня Шпанг (Королевский Нидерландский институт морских исследований).
“Наша работа объединяет данные и методы из разных областей науки, открывая новые горизонты в понимании ранней Земли и жизни”, – подчеркивает профессор Филип Донохью. – “Она также показывает, как быстро на молодой планете могла возникнуть сложная экосистема. Это позволяет предположить, что жизнь может процветать и на других планетах, похожих на Землю”.
Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.
Читайте также: Сколько раз эволюционировала жизнь на Земле? Исследователи приближаются к ответу
