Разкрийте тайните на LUCA, най-старите форми на живот на Земята

Дигитално представяне, показващо как LUCA всъщност е бил атакуван от вируси дори преди 4,2 милиарда години. Авторско право: Science Graphic Design

а Бристолски университетПроучване на изследователи от Харвардския университет установи, че животът на Земята, който произлиза от общ прародител, наречен LUCA, процъфтява малко след формирането на планетата.

Чрез генетичен анализ и еволюционно моделиране, изследователите установиха съществуването на LUCA преди около 4,2 милиарда години, разкривайки го като сложен организъм с ранна имунна система, интегрирана с най-старите екосистеми на Земята.

Генетичен план на LUCA и неговите потомци

Всичко живо днес произлиза от един общ прародител, известен като LUCA (Последният универсален общ прародител).

LUCA е предполагаемият общ прародител, от който произлиза целият съвременен клетъчен живот, от едноклетъчни организми като бактерии до гигантски секвои (както и нас, хората). LUCA представлява корена на дървото на живота, преди да се раздели на групите, известни днес, бактерии, археи и евкалипти. Съвременният живот се е развил от LUCA от различни източници: едно и също Аминокиселини Те се използват за изграждане на протеини във всички клетъчни организми, общата валута на енергия (АТФ) и съществуването на клетъчни машини като рибозоми и други, свързани с производството на протеини от информация, съхранявана в ДНКи дори факта, че всички клетъчни форми на живот използват самата ДНК като средство за съхраняване на информация.

Изследователски методи и ерата на LUCA

Екипът сравни всички гени в геномите на организмите Класифицирайтечрез преброяване на мутациите, настъпили в техните последователности с течение на времето, откакто са споделили предшественик в LUCA.

Времето на отделяне на някои видове е известно от вкаменелостите, така че екипът използва генетичен еквивалент на познатото уравнение, използвано за изчисляване на скоростта във физиката, за да разбере кога е съществувала LUCA, и стигна до отговора, че това се е случило преди 4,2 милиарда години , около четиристотин милиона години след формирането на Земята и нашата слънчева система.

Д-р Сандра Алварес Каретеро, съавтор на изследването от Училището по наука за Земята в Бристол, каза: „Не очаквахме планетата Лука да е толкова стара, в рамките на стотици милиони години след формирането на Земята. Въпреки това нашите резултати са последователни с последните възгледи за обитаемостта на ранната Земя.

Физиологични прозрения и еволюционно моделиране на LUCA

След това екипът работи за определяне на биологията на LUCA чрез моделиране на физиологичните характеристики на живите видове чрез линията на живота към LUCA. Водещият автор д-р Едмънд Мууди обясни: „Еволюционната история на гените се усложнява от техния обмен между линиите. Трябва да използваме сложни еволюционни модели, за да съгласуваме еволюционната история на гените с генеалогията на видовете.“

Д-р Том Уилямс, съавтор на изследването от Училището по биологични науки на Бристол, каза: „Едно от реалните предимства тук е прилагането на подхода за съпоставяне на генното дърво и видовото дърво към такъв разнообразен набор от данни, представляващи фундаментални области на живота, като например археи и бактерии Това ни позволява „Като го кажем доста уверено и оценим това ниво на увереност за това как живее LUCA.“

Сложността на проекта LUCA и неговото въздействие върху околната среда

Професор Дейвид Пизани, съавтор на изследването, каза: „Нашето проучване показа, че LUCA е сложен организъм, не много различен от съвременните прокариоти, но това, което е наистина интересно е, че той очевидно е имал ранна имунна система, което показва, че дори преди „Преди 4,2 милиарда години нашите предци са участвали в надпревара във въоръжаването с вируси.“

Съавторът Тим ​​Лентън (от Училището по география на Университета на Ексетър) каза: „LUCA очевидно експлоатират и променят околната среда, но е малко вероятно да са живели сами. Техните отпадъци може да са били храна за други микроби, като метаногени , което би помогнало за създаването на екосистема за рециклиране.“

По-широките последици от изследването за ранния живот

Съавторът професор Аня Спанг (Кралски холандски институт за морски изследвания) добави: „Резултатите и методите, използвани в тази работа, също ще бъдат от полза за бъдещи проучвания, изследващи по-подробно последващата еволюция на археите в светлината на историята на Земята, включително по-малко проучените археи и техните метаногенни представители.”

Професор Филип Донохю, съавтор, каза: „Нашата работа обединява данни и методи от множество дисциплини, разкривайки прозрения за Земята и ранния живот, които не могат да бъдат постигнати само от която и да е дисциплина. Освен това показва колко бързо е била създадена една екосистема Земята. Това „предполага, че животът може да процъфтява в подобни на Земята биосфери другаде във Вселената.“

Справка: „Естеството на последния универсален общ предшественик и неговото въздействие върху ранната земна система“ от Едмънд Р. Р. Муди, Сандра Алварес-Каретеро, Тара А. Махендрараджа, Джеймс У. Кларк, Холи К. Бейтс, Нина Домбровски, Ленард Л , Ксанту, Ричард А. Бойл и Стюарт Денис, Ши Чен, Ник Лин, Джихенг Янг, Греъм А. Шийлдс, Гергели Дж. Солоси, Аня Спанг, Дейвид Пизани, Том А. Уилямс, Тимъти М. Линтън и Филип К. Дж. Донохю, 12 юли 2024 г. Естествена екология и еволюция.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

Учени от Университетския колеж в Лондон (UCL), Университета в Утрехт, Центъра за изследване на околната среда в Будапеща и Института за наука и технологии на Окинава към висшия университет също участваха в проучването.

Изследването е финансирано от фондация Джон Темпълтън. Мненията, изразени в тази публикация, са тези на авторите и не отразяват непременно възгледите на Фондация Джон Темпълтън.