Historia życia na Ziemi to fascynująca epopeja obejmująca miliardy lat. Najnowsze badania opublikowane w czasopiśmie Nature sugerują, że ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA) mógł pojawić się około 4,2 miliarda lat temu, znacznie wcześniej niż wcześniej sądzono. Odkrycie to podważa ustalony harmonogram ewolucji życia i zapewnia nowy wgląd we wczesne warunki na Ziemi, które umożliwiły rozkwit życia.
Najnowsze badania prowadzone przez Uniwersytet w Bristolu sugerują, że LUCA (Ostatni Uniwersalny Wspólny Przodek) żył około 4,2 miliarda lat temu, zaledwie kilkaset milionów lat po uformowaniu się Ziemi. Odkrycie to podważa wcześniejsze szacunki, według których istnienie LUCA miało miejsce między 3,5 a 3,8 miliarda lat temu. Zespół udoskonalił tę oś czasu, wykorzystując dane genetyczne i kopalne, a także zaawansowane metody analityczne.
LUCA: Mikrob w centrum ewolucji LUCA
Ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA) jest często opisywany jako prymitywny mikrob, ale jego dokładna natura pozostaje niejasna. Według dr Jacka Szostaka, lekarza uhonorowanego Nagrodą Nobla, LUCA był prawdopodobnie jednokomórkowym organizmem z błoną komórkową, który wykorzystywał DNA, RNA i białka do swoich funkcji biologicznych. Opis ten ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wczesnych mechanizmów życia i podstaw współczesnej biologii. W nowym badaniu naukowcy zidentyfikowali około 2600 genów kodujących białka przypisywanych LUCA, znacznie więcej niż poprzednie szacunki wynoszące około 100 genów. Geny te zapewniają cenny wgląd w biologiczne możliwości LUCA, sugerując, że posiadała ona już złożone mechanizmy metaboliczne i reprodukcyjne, a także układ odpornościowy.
Dr Edmund Moody, główny autor badania, wyjaśnił, że ewolucyjna historia genów jest skomplikowana przez ich wymianę między liniami, co wymaga złożonych modeli ewolucyjnych, aby pogodzić historię genów z genealogią gatunków.
Warunki życia na Ziemi w czasach LUCA były ekstremalne. Oceany były bardzo gorące, wulkany bardzo aktywne, a atmosfera nasycona toksycznymi gazami. Jednak to właśnie takie środowisko służyło jako siedlisko dla naszego wspólnego przodka. Warunki te prawdopodobnie odegrały kluczową rolę w ewolucji pierwszych form życia. Według badań opublikowanych przez University of Chicago, pierwsze organizmy musiały przystosować się do środowiska hydrotermalnego bogatego w minerały i związki chemiczne.
Zagłębiając się w geny ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution wykorzystało zaawansowane techniki filogenetyczne do identyfikacji uniwersalnych markerów genetycznych obecnych w archeonach i bakteriach. Analizując 574 genomy archeonów i 3020 genomów bakterii, naukowcy zidentyfikowali 59 markerów genetycznych odpowiednich dla filogenezy obejmującej zarówno archeony, jak i bakterie.
Aby to osiągnąć, skompilowali niezredukowaną listę markerów używanych w poprzednich badaniach i zmapowali je do profili w bazach danych COG (Orthologous Gene Groups), arCOG i TIGRFAM. Bazy te są wykorzystywane do adnotacji genomu i identyfikacji rodzin białek, głównie u bakterii i archeonów. Odpowiednie białka zostały następnie wyodrębnione i przeanalizowane w celu zweryfikowania ich obecności w genomach archeonów i bakterii. Dr Tom Williams z Bristol School of Biological Sciences podkreśla, że w badaniu zastosowano podejście polegające na dopasowaniu drzewa genów do zróżnicowanego zbioru danych archeonów i bakterii, co pomaga nam z pewną pewnością zrozumieć styl życia LUCA. Naukowcy dopasowali sekwencje markerów genetycznych i skonstruowali drzewa filogenetyczne przy użyciu złożonych modeli substytucji. Przeprowadzili rygorystyczne testy w celu wyeliminowania horyzontalnego transferu genów i duplikacji, które mogłyby zniekształcić wyniki. Stosując techniki datowania molekularnego, oszacowali, że LUCA istniała około 4,2 miliarda lat temu. Dane te pozwoliły im zrekonstruować wiarygodne drzewo filogenetyczne i prześledzić ewolucję genów od tego wspólnego przodka.
Przepisywanie historii życia
Postęp technologiczny i nowe techniki badań genetycznych pozwalają naukowcom zagłębić się w historię powstania życia na Ziemi, w tym LUCA. Ostatnie badania wykorzystały genetyczne bazy danych tysięcy współczesnych mikroorganizmów do identyfikacji rodzin genów, które mogły być obecne w LUCA. Wyniki tych badań pomagają nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób życie wyewoluowało od tego wspólnego przodka.
Najnowsze dane dotyczące LUCA zmuszają nas do ponownego rozważenia naszego rozumienia historii życia na Ziemi. Podkreślają również niesamowitą odporność i pomysłowość życia zdolnego do rozwoju w warunkach, które dziś nazwalibyśmy niegościnnymi. Odkrycia te przypominają nam, że pomimo naszej różnorodności, wszystkie formy życia na Ziemi łączy głęboka i starożytna więź, która sięga najwcześniejszych chwil naszej planety.
