История жизни на Земле — это увлекательная эпопея, охватывающая миллиарды лет. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature, предполагает, что Лукка, последний универсальный предок всех форм жизни, возможно, появился намного раньше, чем считалось ранее, что может иметь важные последствия для эволюции жизни.
Согласно новым оценкам, составленным международной командой исследователей во главе с Бристольским университетом, Лука жил около 4,2 миллиарда лет назад, через несколько сотен миллионов лет после образования Земли. Это открытие противоречит предыдущим оценкам, согласно которым LUCA возникла между 3,5 и 3,8 миллиардами лет назад. Ученые смогли использовать генетические и ископаемые данные, а также новые аналитические методы для уточнения этой хронологии.
LUCA: микроб в центре эволюции
LUCA часто описывают как примитивный микроорганизм, однако детали его природы остаются неясными. «LUCA, скорее всего, представляет собой одноклеточный организм с клеточной мембраной, которая использует ДНК, РНК и белки для выполнения своих биологических функций», — объяснил доктор Джек Шостак, лауреат Нобелевской премии по медицине, не принимавший участия в исследовании. Это описание важно, потому что оно помогает нам понять ранние механизмы жизни и основы современной биологии.
В новом исследовании ученые обнаружили около 2600 генов, кодирующих белки, которые можно классифицировать как LUCA, что значительно превышает предыдущую оценку примерно в 100 генов. Эти гены дают ценную информацию о биологических возможностях LUCA, указывая на то, что он уже обладает сложным метаболическим и репродуктивным механизмом, а также иммунной системой.
«Эволюционная история генов осложняется обменом между линиями. Нам необходимо использовать сложные эволюционные модели, чтобы согласовать эволюционную историю генов с линиями видов», — сказал ведущий автор доктор Эдмунд Муди Об этом говорится в пресс-релизе Бристольского университета.
Условия жизни на Земле во времена Лукки были очень экстремальными. Океаны очень горячие, вулканы очень активны, а атмосфера наполнена токсичными газами. Однако именно эта среда была средой обитания общего предка. Эти условия, возможно, сыграли ключевую роль в эволюции первых форм жизни.
Обратите внимание: Нанотехнологии в повседневной жизни.
Согласно исследованию, опубликованному Чикагским университетом, самые ранние организмы, должно быть, адаптировались к гидротермальной среде, богатой минералами и соединениями.Погружение в гены последнего универсального общего предка
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology & Evolution, использовались передовые филогенетические методы для выявления универсальных генетических маркеров, присутствующих у архей и бактерий. Проанализировав 574 генома архей и 3020 бактериальных геномов, исследователи смогли идентифицировать 59 генетических маркеров, подходящих для филогении, содержащей как архей, так и бактерии.
Для этого они составили несокращенные списки маркеров, использованных в предыдущих исследованиях, и сравнили их с базами данных COG (ортологичный геном), arCOG и TIGRFAM (база данных семейств белков для аннотации генома, идентификации семейства белков и профилей аннотаций) сравниваются и встречаются преимущественно у бактерий и архей. Соответствующие белки извлекаются и анализируются для проверки их присутствия в геномах архей и бактерий.
«Одной из сильных сторон этого исследования является то, что оно применяет методы сравнения генов и деревьев видов к разнообразному набору данных, представляющему основные области жизни (археи и бактерии). Это позволяет нам с уверенностью говорить о том, как работает LUCA в этом исследовании», — сказал он соавтор доктор Том Уильямс из Бристольской школы биологических наук.
Затем последовательности генетических маркеров выравниваются и строится филогенетическое дерево с использованием сложных моделей замещения. Исследователи также провели тщательные тесты, чтобы исключить горизонтальный перенос генов и дупликацию, которые могут исказить результаты. Используя методы молекулярного датирования, они смогли оценить возрастные различия между группами и пришли к выводу, что LUCA существовал примерно 4,2 миллиарда лет назад. Помимо прочего, эти данные позволяют реконструировать достоверные филогенетические деревья и проследить эволюцию генов от этого общего предка.
Переписывая историю жизни
Технологические достижения и новые методы генетических исследований позволяют ученым глубже понять историю возникновения жизни на Земле, в том числе в Лукке. В других недавних исследованиях использовались генетические базы данных тысяч современных микроорганизмов для идентификации семейств генов, которые могут присутствовать в LUCA. Результаты каждого исследования помогают нам лучше понять, как жизнь развилась от этого общего предка.
«Я думаю, что если мы найдем жизнь где-нибудь еще, по крайней мере, с химической точки зрения, она будет очень похожа на современную жизнь», — заявило НАСА в 2017 году.
Последние данные LUCA заставляют нас пересмотреть наше понимание истории жизни на Земле. Они также подчеркивают невероятную устойчивость и изобретательность жизни, способной процветать в условиях, которые мы сегодня назвали бы негостеприимными. Эти открытия также напоминают нам о том, что, несмотря на свое разнообразие, все формы жизни на Земле имеют глубокие и древние связи, восходящие к самым ранним моментам существования нашей планеты.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: История жизни на Земле — это захватывающая эпопея, охватывающая миллиарды лет.