Odhaľovanie tajomstiev najstaršej formy života na Zemi, LUCA

A Univerzita v BristoleŠtúdia, ktorú viedol , zistila, že život na Zemi pochádza od spoločného predka nazývaného LUCA, ktorý začal prekvitať krátko po sformovaní planéty.

Prostredníctvom genetickej analýzy a evolučného modelovania výskumníci určili existenciu LUCA približne pred 4,2 miliardami rokov a odhalili, že ide o komplexný organizmus, ktorého primitívny imunitný systém bol neoddeliteľnou súčasťou skorých ekosystémov Zeme.

Genetický plán LUCA a jej potomkov

Všetky veci, ktoré sú dnes živé, pochádzajú z jediného spoločného predka, s láskou známeho ako LUCA (Last Universal Common Ancestor).

LUCA je spoločným predkom, z ktorého vzišiel celý moderný bunkový život, od jednobunkových organizmov, ako sú baktérie, až po obrovské sekvoje (rovnako ako my ľudia). LUCA predstavuje koreň stromu života predtým, ako sa rozdelil na dnes uznávané skupiny Baktérie, Archaea a Eukarya. Moderný život sa vyvinul z LUCA z rôznych zdrojov: Tamže aminokyseliny Zdieľaná energetická mena (ATP) používaná na tvorbu bielkovín vo všetkých bunkových organizmoch, prítomnosť bunkového aparátu, ako sú ribozómy, a ďalšie veci súvisiace s tvorbou bielkovín z informácií v nich uložených. dnaA dokonca aj to, že celý bunkový život využíva DNA ako metódu uchovávania informácií.

Metódy výskumu a éra LUCA

Tím porovnal všetky gény v genómoch živých bytostí. druhovPočítanie mutácií, ktoré sa vyskytli v ich sekvenciách v priebehu času, odkedy majú spoločného predka v LUCA.

Čas oddelenia niektorých druhov je známy z fosílnych záznamov, takže tím použil genetický ekvivalent známej rovnice používanej na výpočet pohybu vo fyzike, aby zistil, kedy existoval LUCA, a teda vznikli pred 4,2 miliardami rokov, teda asi štyristo miliónov rokov po vzniku Zeme a našej Slnečnej sústavy.

Spoluautorka Dr Sandra Alvarez-Carretero z Bristol's School of Earth Sciences povedala: „Neočakávali sme, že LUCA bude taká stará, keďže vznikla len stovky miliónov rokov po sformovaní Zeme. Naše výsledky však poskytujú dôkaz raná Zem „zodpovedá moderným predstavám o obývateľnosti“.

Fyziologické poznatky LUCA a evolučné modelovanie

Ďalej tím pracoval na biológii LUCA, modelovaním fyzických charakteristík živých druhov cez líniu života až po LUCA. Vedúci autor Dr. Edmund Moody vysvetlil: „Evolučná história génov je komplikovaná ich výmenou medzi líniami. Musíme použiť zložité evolučné modely, aby sme zosúladili evolučnú históriu génov s líniami druhov.“

Spoluautor Dr Tom Williams z Bristol's School of Biological Sciences povedal: „Jednou zo skutočných výhod je použitie prístupu zosúladenia medzi génovými stromami a druhmi a stromami na taký rôznorodý súbor údajov, ktorý predstavuje primárne domény života, Archaea a Baktérie. To nám umožňuje s určitou istotou povedať a odhadnúť úroveň istoty, ktorú LUCA žila.“

Komplexnosť a vplyv LUCA na životné prostredie

Spoluautor, profesor David Pisani, povedal: „Naša štúdia ukázala, že LUCA bol komplexný organizmus, ktorý sa veľmi nelíšil od moderných prokaryotov, ale čo je naozaj zaujímavé je, že je jasné, že mal skorý imunitný systém.“, čo ukazuje, že dokonca Pred 4,2 miliardami rokov boli naši predkovia zapojení do pretekov v zbrojení s vírusmi.“

Spoluautor Tim Lenton (University of Exeter, School of Geography) povedal: „Je jasné, že LUCA využívala a menila svoje prostredie, ale je nepravdepodobné, že by zostala sama. Jej odpad by bol priamou hrozbou pre iné mikroorganizmy.“ , ako sú metanogény, museli tam byť potraviny, ktoré by pomohli vytvoriť recyklačný ekosystém.“

Rozsiahle účinky štúdia na skorý život

„Zistenia a metódy použité v tejto práci budú tiež informovať o budúcich štúdiách, ktoré sa podrobnejšie zaoberajú neskorším vývojom prokaryotov vo svetle histórie Zeme,“ povedala spoluautorka profesorka Anja Spang (Royal Netherlands Institute for Sea Research). vrátane menej študovaných archaea a ich metanogénnych zástupcov.“

Spoluautor, profesor Philip Donoghue, povedal: „Naša práca spája údaje a metódy z viacerých disciplín a odhaľuje poznatky o ranej Zemi a živote, ktoré by nebolo možné dosiahnuť iba jednou disciplínou. Ukazuje tiež, ako skoro vznikol ekosystém To naznačuje, že život mohol prekvitať v biosférach podobných Zemi inde vo vesmíre.“

Odkaz: „Povaha posledného univerzálneho spoločného predka a jeho vplyv na raný systém Zeme“ Edmund RR Moody, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A Mahendraraja, James W Clark, Holly C Bates, Nina Dombrowski, Lennard L Szantho, Richard A Boyle, Stuart By Danes, Xi Chen, Nick Lane, Ziheng Yang, Graham A Shields, Gergely J Szolsi, Anja Spang, David Pisani, Tom A Williams, Timothy M Lenton a Philip CJ Donoghue, 12. júla 2024, Ekológia a evolúcia prírody,
DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1

Štúdia zahŕňala aj vedcov z University College London (UCL), Utrechtskej univerzity, Centra pre výskum ekológie v Budapešti a Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University.

Tento výskum bol financovaný nadáciou Johna Templetona. Názory vyjadrené v tejto publikácii sú názormi autora a nemusia nevyhnutne odrážať názory John Templeton Foundation.