Вся жизнь на Земле может проследить своё происхождение до LUCA, последнего универсального общего предка, – и теперь выяснилось, что этот организм мог жить всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты.
Организм, давший начало всей жизни на Земле, возможно, возник гораздо раньше, чем предполагалось ранее, всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты, и был более сложным, чем показывали предыдущие оценки.
ДНК всех современных организмов, от E. coli до синих китов, имеет много сходств, что позволяет предположить, что все они происходят от последнего универсального общего предка – LUCA, который жил миллиарды лет назад. Было предпринято много усилий для изучения LUCA, но новое исследование дало удивительные результаты.
«Мы пытались собрать представителей различных дисциплин, чтобы прийти к целостному пониманию того, когда существовал LUCA и какова была его биология», – говорит Филип Доногью из Бристольского университета в Великобритании.
Гены, которые сегодня встречаются во всех основных ветвях жизни, могли быть переданы по непрерывной линии, начиная с LUCA, что позволяет нам определить, какие гены были у древнего предка. Изучая, как эти гены изменялись с течением времени, можно примерно определить, когда жил LUCA.
На практике это гораздо сложнее, чем кажется, потому что гены терялись, приобретались и обменивались между ветвями. Доногью говорит, что команда создала сложную модель, учитывающую эти факторы, чтобы определить, какие гены присутствовали у LUCA. «Мы получили организм, который был гораздо более сложным, чем многие считали раньше», – говорит он.
Исследователи оценивают, что к LUCA можно проследить около 2600 генов, кодирующих белки, тогда как некоторые предыдущие оценки составляли всего 80 генов. Команда также заключает, что LUCA жил около 4,2 миллиарда лет назад – значительно раньше, чем другие оценки, и удивительно близко к формированию Земли 4,5 миллиарда лет назад. «Это говорит о том, что эволюция жизни может быть проще, чем считалось ранее, поскольку она произошла так рано», – говорит Доногью.
Эта более ранняя дата частично объясняется тем, что, по словам команды, они использовали улучшенный метод. Но также потому, что в отличие от других, исследователи не предполагают, что LUCA мог существовать только после поздней тяжелой бомбардировки, когда Земля, как считается, подвергалась ударам космических обломков, которые могли уничтожить зарождающуюся жизнь. Этот период датируется 3,8 миллиарда лет назад на основании анализа камней, привезенных с Луны, но существует много неопределенностей в этой оценке.
Поскольку их реконструкция предполагает, что у LUCA были гены для защиты от УФ-излучения, исследователи считают, что, скорее всего, он жил на поверхности океана. Другие гены указывают на то, что LUCA питался водородом, что соответствует предыдущим исследованиям. Команда предполагает, что он мог быть частью экосистемы других примитивных клеток, которые вымерли. «Думать, что LUCA существовал в одиночку, было бы крайне наивно», – говорит Доногью.
«С эволюционной точки зрения это представляется мне убедительным», – говорит Грег Фурнье из Массачусетского технологического института. «LUCA – это не начало истории жизни, а последний общий предок, до которого мы можем дойти, используя геномные данные».
Результаты также предполагают, что у LUCA была примитивная версия бактериальной защитной системы, известной как CRISPR, для борьбы с вирусами. «Даже 4,2 миллиарда лет назад наши древнейшие предки боролись с вирусами», – говорит член команды Эдмунд Муди, также из Бристольского университета.
Взгляд в далекое прошлое полон неопределенностей, и Доногью первым признает, что его команда могла ошибаться. «Почти наверняка всё это неправильно», – говорит он. «Мы пытаемся расширить границы и сделать первую попытку интеграции всех соответствующих данных».
«Это не будет последним словом», – добавляет он. «Это даже не будет нашим последним словом по этой теме, но мы считаем, что это хороший старт».
Патрик Фортер из Института Пастера в Париже, Франция, который придумал термин LUCA, также считает, что организмы не жили в изоляции. «Но утверждение, что LUCA жил до поздней тяжелой бомбардировки 3,9 миллиарда лет назад, для меня совершенно нереалистично», – говорит Фортер. «Я вполне уверен, что их стратегия определения возраста и генетического содержания LUCA имеет недостатки».
Источник:
Nature Ecology & Evolution DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1
Автор: Катерина Кассини
