Учените са проследили произхода на живота на Земята преди приблизително 4,2 милиарда години, хвърляйки светлина върху последния универсален общ прародител или LUCA (last universal common ancestor).
Това откритие, публикувано в Nature Ecology & Evolution, предоставя подробна реконструкция на LUCA, която дава нова гледна точка за еволюцията на живота и борбата срещу най-големия враг на живота, вируса.
Водени от екип от университета в Бристол, международна група изследователи използва комбинация от молекулярни и биогеохимични тестове, за да оцени възрастта и характеристиките на LUCA. Анализирайки дубликати на ген преди LUCA и съпостравяйки ги с фосили на микроби фосили и изотопни записи, изследователите изчисляват, че 2600 гена, кодиращи протеини, могат да бъдат проследени до LUCA, докато някои предишни оценки са едва 80. Благодарение на тази по-точна оценка, екипът установява, че LUCA е живял преди около 4,2 милиарда години – много по-рано от други оценки и изненадващо близо до образуването на Земята преди 4,5 милиарда години.
Информацията, че животът е започнал толкова рано, има важни последици за познанията ни за историята на Земята. Според повечето оценки Земята е на около 4,54 милиарда години. Ако животът се е зародил преди около 4,2 милиарда години, това е станало доста бързо, а на нашата планета са се установили подходящи условия за живот скоро след оформянето ѝ.
"Това предполага, че развиващият се живот може да е по-прост, отколкото хората са твърдяли в миналото, защото се е появил толкова рано“, отбелязва съавторът професор Филип Донохю (Philip Donoghue).
"Не очаквахме LUCA да е толкова древен, само в рамките на стотици милиони години от формирането на Земята", разказва д-р Сандра Алварес-Каретеро (Sandra Álvarez-Carretero), един от съавторите на изследването в изявление за пресата. "Въпреки това нашите резултати отговарят на съвременните възгледи за обитаемостта на ранната Земя."
Тази по-ранна дата отчасти се дължи на подобреният метод на проучване, както подчертава екипът. Но и защото, за разлика от други, изследователите не поставят условието LUCA да се е появил задължително след времето, когато на Земята е приключила тежката бомбардировка от космически отломки, която се смяташе, че е унищожавала всякакви признаци на живот. Този период е датиран отпреди 3,8 милиарда години въз основа на камъните, върнати от Луната, но има много несигурност в това датиране, коментира Донохю.
Тъй като новата реконструкция показва, че LUCA е имал гени за защита срещу UV увреждане, той най-вероятно е живял на повърхността на океана, смятат изследователите. Други гени предполагат, че LUCA се е захранвал с водород, което е в съответствие с предишни проучвания.
Екипът също така използва вероятностен алгоритъм за съпоставяне на генно и видово дърво, за да заключи размера на генома на LUCA и метаболитните му особености. По принцип авторите съставят нещо като сложно родословно дърво за LUCA и отбелязват, че най-древният предшественик на нашия вид е трябвало да се бори, за да оцелее.
Резултатите предполагат, че LUCA е живяла около 4,2 Ga, с 95% сигурност на периода, обхващащ 4,09–4,33 Ga при модела ILN (в оранжево) и 4,18–4,33 Ga при модела GBM (в синьозелено). При подход на кръстосано свързване, възлите, съответстващи на едни и същи дивергенции на видовете (тоест огледални възли), имат една и съща плътност по-късно във времето. Тази фигура показва съответните времеви плътности на огледалните възли за последните общи предци - универсални, на археите, на бактериите и на еукариотите (LUCA, LACA, LBCA и LECA, съответно); последният общ прародител на митохондриалната линия (Mito-LECA); и последния общ предшественик, носещ пластид (LPCA). Лилавите звезди показват възли, калибрирани с вкаменелости. Arc, архея; Bac, бактерии; Еук, Еукария. Кредит: Edmund Moody et al, Nature Ecology & Evolution
LUCA не е бил сам на планетата. То е имал вече враг, който го е атакувал.
Констатациите на проучването за метаболитните особености на LUCA и екологичния контекст дават по-ясна картина на ранната биосфера. Способността на LUCA да извършва ацетогенеза и други метаболитни процеси показва способността му за адаптация и сложността на първите форми на живот, които са процъфтявали в различни и сурови среди.
Противно на идеята за LUCA като изолирано явление, проучването заключава, че LUCA е част от установена екологична система. Неговият метаболизъм би създал ниши за други членове на микробната общност, улеснявайки рециклирането на водород чрез атмосферна фотохимия. Този процес би могъл да поддържа проста ранна екосистема. Казано с други думи, LUCA позволява на други прости форми на живот да процъфтяват около него, както и на най-древния противник на живота - вирусите.
"Нашето проучване показа, че LUCA е сложен организъм, не твърде различен от съвременните прокариоти, но това, което е наистина интересно е, че е притежавал ранна имунна система, което показва, че дори преди 4,2 милиарда години, нашият прародител е участвал в "надпревара във въоръжаванието" с вируси", обяснява съавторът д-р Давиде Пизани (Davide Pisani).
Въпреки че няма категоричен консенсус относно произхода на вирусите, безспорно е, че за разлика от еволюционния път на LUCA от прости клетки към все по-голяма сложност, вирусите винаги са се развили към простота и брутална ефективност.
Това е направило нашия предшественик на 4,2 милиарда години мишена. Проучването предполага, че LUCA има размер на генома от приблизително 2,75 мегабази (Mb), кодиращи около 2657 протеина, което е сравнимо със съвременните прокариоти. Изследователите смятат, че LUCA вероятно е анаеробен ацетоген от прокариотен клас, способен на ацетогенеза - форма на метаболизъм, която произвежда ацетат от въглероден диоксид и водород. Освен това той притежава ранна форма на системата CRISPR-Cas, която се използва от съвременните бактерии и археи за защита срещу вируси.
Реконструкция на LUCA в рамките на неговия еволюционен и екологичен контекст. Кредит: Edmund Moody et al, Nature Ecology & Evolution
Изучавайки генома на LUCA, екипът открива признаци, че ранните форми на живот вече са търсели начини да оцелеят срещу вирусите.
"Нашата работа обединява данни и методи от множество дисциплини, разкривайки прозрения за ранната Земя и живота, които не могат да бъдат постигнати само от една дисциплина", подчертава проф. Донохю. "Това също така демонстрира колко бързо е била създадена екосистема на ранната Земя. Това предполага, че животът може да процъфтява в подобни на Земята биосфери другаде във Вселената".
Справка: ‘The nature of the Last Universal Common Ancestor and its impact on the early Earth system’; Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T.A. et al. ; Nature Ecology & Evolution (2024) https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1
Източници:
Last common ancestor of all life emerged far earlier than thought, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари