Новое исследование раскрывает детали об одном из древнейших предков жизни
Международная команда исследователей под руководством Бристольского университета пролила свет на самую раннюю экосистему Земли, показав, что в течение нескольких сотен миллионов лет после формирования планеты жизнь уже процветала.
Работа опубликована в Nature Ecology & Evolution.
Всё живое сегодня происходит от единственного общего предка, известного как LUCA (Last Universal Common Ancestor — Последний Универсальный Общий Предок).
LUCA — это гипотетический общий предок, от которого происходят все современные клеточные формы жизни, от одноклеточных организмов, таких как бактерии, до гигантских секвой и людей. LUCA представляет собой корень древа жизни до его разделения на известные сегодня группы: Бактерии, Археи и Эукариоты.
Современная жизнь унаследовала от LUCA различные черты: одни и те же аминокислоты для построения белков, общую энергетическую "валюту" (ATP), клеточные механизмы вроде рибосомы для синтеза белков на основе информации из ДНК, и сам факт использования ДНК для хранения информации.
Команда сравнила все гены в геномах ныне живущих видов, подсчитав мутации, накопившиеся в их последовательностях с тех пор, как они разделились от общего предка LUCA.
Время расхождения некоторых видов известно по палеонтологической летописи. Исследователи использовали генетический эквивалент уравнения для расчёта скорости в физике, чтобы определить время существования LUCA. Результат — 4.2 миллиарда лет назад, примерно через 400 миллионов лет после формирования Земли и Солнечной системы.
Соавтор работы, доктор Сандра Альварес-Карретеро: "Мы не ожидали, что LUCA окажется настолько древним, всего через несколько сотен миллионов лет после формирования Земли. Однако наши результаты согласуются с современными взглядами на обитаемость ранней Земли".
Затем команда реконструировала биологию LUCA, моделируя физиологические характеристики живых видов в обратном порядке по генеалогии жизни до самого LUCA.
Ведущий автор, доктор Эдмунд Муди: "Эволюционная история генов осложнена их обменом между линиями. Нам пришлось использовать сложные эволюционные модели, чтобы согласовать историю генов с генеалогией видов".
Соавтор, доктор Том Уильямс: "Ключевое преимущество здесь — применение подхода согласования деревьев генов и видов к такому разнообразному набору данных, представляющему основные домены жизни: Археи и Бактерии. Это позволяет с определённой уверенностью оценить, как жил LUCA".
Соавтор, профессор Давиде Писани: "Наше исследование показало, что LUCA был сложным организмом, не слишком отличающимся от современных прокариот. Что действительно интересно — у него явно была ранняя иммунная система. Это показывает, что уже 4.2 миллиарда лет назад наш предок вёл "гонку вооружений" с вирусами".
Соавтор Тим Лентон: "Очевидно, что LUCA использовал и изменял свою среду, но вряд ли жил в одиночестве. Его отходы были пищей для других микробов, например, метаногенов, что помогало создавать рециркулирующую экосистему".
Соавтор, профессор Ання Шпанг: "Результаты и методы этой работы будут использованы в будущих исследованиях эволюции прокариот в контексте истории Земли, включая менее изученные Археи с их метаногенными представителями".
Соавтор, профессор Филип Доногью: "Наша работа объединяет данные и методы из разных дисциплин, раскрывая детали ранней Земли и жизни, недостижимые для одной дисциплины в отдельности. Это также показывает, как быстро экосистема установилась на ранней Земле. Это позволяет предположить, что жизнь может процветать на землеподобных биосферах в других частях Вселенной".
В исследовании также участвовали учёные из Университетского колледжа Лондона (UCL), Утрехтского университета, Центра экологических исследований в Будапеште и Окинавского института науки и технологий.