LUCA – «последний универсальный общий предк», – прежде всего, неудачная аббревиатура подобранная для благозвучия. Ибо слова «универсальный» и «общий» в ней дублируют друг-друга. Вообще же, речь об очень интересном исследовании, – реконструкции древнего организма, являвшегося предком бактерий и архей. В таком смысле, он – «общий предок». Всё живое на планете, это или бактерии, или археи, или эукариоты, являющиеся потомками бактерий и архей одновременно. «Последним» же LUCA оказывается в рамках метода реконструкции, – дальше, а точнее глубже, метод просто не берёт.
Следовательно, о методе. Расшифровка ДНК открыла перед эволюционной биологией новые горизонты. Сравнив геномы двух любых – любых! – организмов, можно выявить совпадения. Очевидно, что общими для потомков генами обладал уже предок. Генами, а значит и определёнными чертами строения, – их не точно, но можно уже реконструировать. Далее же, применяется метод «молекулярных часов». Сосчитав количество нейтральных (не отсеивающихся отбором) мутаций в каждой линии, можно, поскольку количество мутаций на поколение примерно постоянно, определить, когда общий предок с такими чертами жил.
Применение метода молекулярного анализа привело к настоящей революции в таксономии. Но… уместно спросить, насколько метод надёжен? Надёжность любого метода определяется возможностью проверки сделанных на его основе выводов методами параллельными. И для фанерозоя, – истории многоклеточных за последние 500 миллионов лет, – молекулярный анализ зарекомендовал себя очень хорошо. Всё что поддавалось проверке методами, допустим, палеонтологии, – подтверждалось. Так что, ныне данные молекулярного анализа о родстве и времени расхождения эволюционных ветвей считаются окончательными.
Есть, однако, нюанс. Вышеизложенное верно для фанерозоя и для многоклеточных эукариотов. Ибо для ядерных организмов характерно монотонное увеличение длины генома. Размер генома не обременяет многоклеточный организм, да и сложную клетку тоже, так что, «лишние» участки ДНК просто дезактивируются, но не исчезают. К бактериям и археям это, однако, не относится. Их геномы могут в процессе эволюции сокращаться, – для экономии.
Плюс, горизонтальный перенос генов. В общем случае, если два участка ДНК совпали, это ещё не свидетельство родства… При этом, если для организмов прогрессивных «горизонтальный перенос», в принципе, ни о чём, – в случае прокариотов он сильно смазывает картину. Как следствие, для реконструкции «Луки» пришлось набирать большую статистику, сравнивая сотни геномов бактерий и архей, – только чтобы понять, какие совпадения не случайны.
Если же проще, в случае с LUCA молекулярный метод применяется на пределе (бактерии и археи самые древние организмы из ныне живущих), а может и за пределом досягаемости. Молекулярные часы хорошо работают в фанерозое, плохо в протерозое, в архее же…
Если же совсем просто, главное, что в случае с LUCA нужно понимать, – выполненная реконструкция не может рассматриваться как база для новых выводов, или основание для пересмотра существующих гипотез. Это лишь информация к размышлению. Учёные, включая и причастных к исследованию, не считают реконструкцию окончательной и достоверной.
Поводов же для размышлений LUCA предоставил в избытке. Единственной ожидаемой чертой данного организма оказалась термофильность. Протобактерии размножались в воде с температурой не менее 80, а вероятно более 100 градусов по Цельсию (на всякий случай: не кипящей из-за высокого давления первичной атмосферы).
Неожиданностью и поводом поразмыслить стало… уныние «Луки». Надеясь заглянуть в закрытую для палеонтологии эпоху и постичь тайны зарождения жизни, исследователи увидели ерунду, которую и просто в электронный микроскоп видно. Древнейший общий предок оказался совсем не прост, – с геномом размером под три миллиона (а не от 30-300 тысяч) оснований. То есть, по сложности вполне был сравним с современными бактериями и археями.
И с одной стороны это понятно, – сложность Луки была достаточной для решения задач: хемосинтеза в экстремальной среде с использованием водорода (в первичной атмосфере Земли он был) и углекислоты, как источника углерода. В дальнейшем длина генома (в общем случае) не росла, поскольку всё лишнее в тягость, а сложность стоящих перед продуцентами задач принципиально не изменилась. Но… три-то миллиона пар откуда взялись? Общий предок бактерий и архей появиться должен был в результате длительной эволюции. Подробности которой, увы, остаются неизвестными.
Второй вопрос, – а когда бы этой эволюции длиться, если молекулярные часы показали расхождение бактерий и архей 4.2 миллиарда лет назад? Жидкая вода, как недавно стало известно, появилась на Земле уже 4.4 миллиарда лет назад, но – какая! Температурой 230 градусов, при техническом пределе адаптации для белковых организмов на уровне 140 градусов.
Датировку несколько раз пытались пересмотреть, но иногда получалось ещё и хуже, – 4.5 миллиарда лет. Так что, время, когда жил Лука, определяется, скорее, из общих соображений: более 3.5 миллиардов лет назад. В датировки свыше 3.8 миллиардов поверить, во всяком случае, не удалось почти никому. Как и подкопаться под оценку 4.2 миллиарда лет, – среди прочих, она выглядит наиболее обоснованной.
...Третий вопрос, таким образом, будет неправильным. А не прилетел ли LUCA? Земной ли это организм?.. Нет, не прилетал. Предсказуемо он не умел образовывать споры. В основе же гипотезы панспермии, лежит жизнестойкость микроорганизмов в форме спор. Но «общий предок» вне жидкой перегретой воды погиб бы мгновенно.
Интересной чертой Луки также стало наличие у него зачатков «иммунитета», – генов, ответственных за способность противостоять вторжениям вирусов. Данный факт можно рассматривать, как довод в пользу гипотезы происхождения паразитических вирусов из РНК-мира. Ведь за время развития «последнего предка» упроститься до одной молекулы клеточные организмы не успели бы.
По сути, одной из первых задач вставших перед молекулой ДНК, окружившей себя мембраной, стала защита личного пространства от покушений бездомных автокаталитических молекул.