Odhalte tajemství LUCA, nejstarších forem života na Zemi

A University of BristolStudie vědců z Harvardské univerzity zjistila, že život na Zemi, který pochází ze společného předka zvaného LUCA, vzkvétal krátce po vzniku planety.

Prostřednictvím genetické analýzy a evolučního modelování vědci přesně určili existenci LUCA asi před 4,2 miliardami let a odhalili ji jako komplexní organismus s raným imunitním systémem integrovaným s nejstaršími ekosystémy na Zemi.

Genetický plán LUCA a jejích potomků

Vše živé dnes pochází z jediného společného předka láskyplně známého jako LUCA (Last Universal Common Ancestor).

LUCA je domnělý společný předek, ze kterého pochází veškerý moderní buněčný život, od jednobuněčných organismů, jako jsou bakterie, po obří sekvoje (stejně jako my lidé). LUCA představuje kořen stromu života předtím, než byl rozdělen do dnes známých skupin, Bakterie, Archaea a Eukalypty. Moderní život se vyvinul z LUCA z různých zdrojů: stejný Aminokyseliny Používají se ke stavbě proteinů ve všech buněčných organismech, společné měně energie (ATP) a existenci buněčného aparátu, jako jsou ribozomy a dalších spojených s tvorbou proteinů z informací uložených v DNAa dokonce i skutečnost, že všechny buněčné formy života používají samotnou DNA jako prostředek k ukládání informací.

Výzkumné metody a éra LUCA

Tým porovnal všechny geny v genomech organismů Klasifikovatpočítáním mutací, které se vyskytly v jejich sekvencích v průběhu času od doby, kdy sdíleli předchůdce v LUCA.

Doba oddělení některých druhů je známá z fosilních záznamů, takže tým použil genetický ekvivalent známé rovnice používané k výpočtu rychlosti ve fyzice, aby zjistil, kdy LUCA existoval, a dospěl k odpovědi, že k tomu došlo před 4,2 miliardami let. , asi čtyři sta milionů let poté, co se zformovala Země a naše sluneční soustava.

Dr Sandra Alvarez Carretero, spoluautorka studie z Bristol’s School of Earth Sciences, řekla: „Neočekávali jsme, že planeta Luca bude tak stará během stovek milionů let od vzniku Země. Naše výsledky jsou však konzistentní.“ s nedávnými názory na obyvatelnost rané Země.

Fyziologické pohledy a evoluční modelování LUCA

Dále tým pracoval na určení biologie LUCA modelováním fyziologických charakteristik žijících druhů přes linii života k LUCA. Vedoucí autor Dr. Edmund Moody vysvětlil: „Evoluční historie genů je komplikovaná jejich výměnou mezi liniemi. Musíme použít složité evoluční modely, abychom sladili evoluční historii genů s genealogií druhů.“

Dr Tom Williams, spoluautor studie z Bristol’s School of Biological Sciences, řekl: „Jednou ze skutečných výhod je použití přístupu ke sladění genového stromu a stromového stromu na tak rozmanitý soubor dat představujících základní domény života, jako je např. archaea a bakterie nám to umožňuje „Tím, že to říkáme docela sebevědomě a hodnotíme tuto úroveň důvěry v to, jak LUCA žije.“

Složitost projektu LUCA a jeho dopad na životní prostředí

Profesor David Pisani, spoluautor studie, řekl: „Naše studie ukázala, že LUCA byl komplexní organismus, který se příliš nelišil od moderních prokaryot, ale co je opravdu zajímavé, je to, že měl zjevně raný imunitní systém, což ukazuje, že ještě dříve „Před 4,2 miliardami let byli naši předkové zapojeni do závodu ve zbrojení s viry.“

Spoluautor Tim Lenton (z University of Exeter’s School of Geography) řekl: „LUCA jasně využívali a měnili své prostředí, ale je nepravděpodobné, že by žili sami. Jejich odpad mohl být potravou pro jiné mikroby, jako jsou metanogeny.“ , což by pomohlo vytvořit recyklační ekosystém.“

Širší důsledky studia pro raný život

Spoluautorka profesorka Anya Spang (Královský nizozemský institut pro mořský výzkum) dodala: „Výsledky a metody použité v této práci budou také přínosem pro budoucí studie zkoumající podrobněji následný vývoj archaea ve světle historie Země, včetně méně prozkoumaných. archaea a jejich metanogenní zástupci.“

Profesor Philip Donoghue, spoluautor, řekl: „Naše práce spojuje data a metody z různých oborů a odhaluje poznatky o Zemi a raném životě, kterých by žádná disciplína sama o sobě nemohla dosáhnout. Ukazuje také, jak rychle vznikl ekosystém Země Toto „Naznačuje, že život může vzkvétat v biosférách podobných Zemi jinde ve vesmíru.“

Reference: „Povaha posledního univerzálního společného předka a jeho dopad na systém rané Země“ od Edmunda R. R. Moodyho, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Bates, Nina Dombrowski, Lenard L Xanthu, Richard A. Boyle a Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton a Philip C. J. Donoghue, 12. července 2024. Přírodní ekologie a evoluce.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

Na studii se podíleli také vědci z University College London (UCL), Utrechtské univerzity, Budapešťského environmentálního výzkumného centra a Okinawského institutu vědy a technologie na postgraduální univerzitě.

Výzkum byl financován nadací Johna Templetona. Názory vyjádřené v této publikaci jsou názory autorů a nemusí nutně odrážet názory John Templeton Foundation.