Αποκαλύψτε τα μυστικά του LUCA, των παλαιότερων μορφών ζωής στη Γη

ένα Πανεπιστήμιο του ΜπρίστολΜια μελέτη από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ διαπίστωσε ότι η ζωή στη Γη, η οποία προέρχεται από έναν κοινό πρόγονο που ονομάζεται LUCA, άκμασε λίγο μετά τη δημιουργία του πλανήτη.

Μέσω γενετικής ανάλυσης και εξελικτικής μοντελοποίησης, οι ερευνητές εντόπισαν την ύπαρξη του LUCA πριν από περίπου 4,2 δισεκατομμύρια χρόνια, αποκαλύπτοντάς το ως έναν πολύπλοκο οργανισμό με πρώιμο ανοσοποιητικό σύστημα ενσωματωμένο με τα παλαιότερα οικοσυστήματα στη Γη.

Γενετικό σχέδιο του LUCA και των απογόνων του

Όλα τα ζωντανά σήμερα προέρχονται από έναν κοινό πρόγονο που είναι γνωστός στοργικά ως LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Το LUCA είναι ο υποτιθέμενος κοινός πρόγονος από τον οποίο προέρχεται όλη η σύγχρονη κυτταρική ζωή, από μονοκύτταρους οργανισμούς όπως τα βακτήρια έως τα γιγάντια δέντρα κοκκινόξυλου (όπως και εμείς οι άνθρωποι). Το LUCA αντιπροσωπεύει τη ρίζα του δέντρου της ζωής πριν χωριστεί στις ομάδες που είναι γνωστές σήμερα, Βακτήρια, Αρχαία και Ευκάλυπτοι. Η σύγχρονη ζωή εξελίχθηκε από το LUCA από διάφορες πηγές: το ίδιο Αμινοξέα Χρησιμοποιείται για την κατασκευή πρωτεϊνών σε όλους τους κυτταρικούς οργανισμούς, το κοινό νόμισμα ενέργειας (ATP) και την παρουσία κυτταρικών μηχανημάτων όπως τα ριβοσώματα και άλλα που σχετίζονται με την παραγωγή πρωτεϊνών από πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες σε DNAακόμη και το γεγονός ότι όλες οι κυτταρικές μορφές ζωής χρησιμοποιούν το ίδιο το DNA ως μέσο αποθήκευσης πληροφοριών.

Μέθοδοι έρευνας και η εποχή LUCA

Η ομάδα συνέκρινε όλα τα γονίδια στο γονιδίωμα των οργανισμών Ταξινόμησημετρώντας μεταλλάξεις που έχουν συμβεί μέσα στις αλληλουχίες τους με την πάροδο του χρόνου από τότε που μοιράζονταν έναν πρόγονο στο LUCA.

Ο χρόνος διαχωρισμού ορισμένων ειδών είναι γνωστός από το αρχείο απολιθωμάτων, επομένως η ομάδα χρησιμοποίησε ένα γενετικό ισοδύναμο της γνωστής εξίσωσης που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ταχύτητας στη φυσική για να ανακαλύψει πότε υπήρχε το LUCA και κατέληξε στην απάντηση ότι συνέβη πριν από 4,2 δισεκατομμύρια χρόνια , περίπου τετρακόσια εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία της Γης και του ηλιακού μας συστήματος.

Η Δρ Sandra Alvarez Carretero, συν-συγγραφέας της μελέτης από τη Σχολή Επιστημών της Γης του Μπρίστολ, δήλωσε: “Δεν περιμέναμε ότι ο πλανήτης Luca θα ήταν τόσο παλιός, μέσα σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια από τη δημιουργία της Γης. Ωστόσο, τα αποτελέσματά μας είναι συνεπή με πρόσφατες απόψεις για την κατοικησιμότητα της Πρώιμης Γης.

Φυσιολογικές ιδέες και εξελικτική μοντελοποίηση του LUCA

Στη συνέχεια, η ομάδα εργάστηκε για να προσδιορίσει τη βιολογία του LUCA μοντελοποιώντας τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά των ζωντανών ειδών μέσω της γενεαλογίας της ζωής στο LUCA. Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ Edmund Moody εξήγησε: “Η εξελικτική ιστορία των γονιδίων περιπλέκεται από την ανταλλαγή τους μεταξύ των γενεαλογιών. Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε πολύπλοκα εξελικτικά μοντέλα για να συμβιβάσουμε την εξελικτική ιστορία των γονιδίων με τη γενεαλογία των ειδών.”

Ο Δρ Τομ Γουίλιαμς, συν-συγγραφέας της μελέτης από τη Σχολή Βιολογικών Επιστημών του Μπρίστολ, είπε: «Ένα από τα πραγματικά πλεονεκτήματα εδώ είναι η εφαρμογή της προσέγγισης συμφιλίωσης γονιδιακού δέντρου και δέντρου ειδών σε ένα τόσο ποικίλο σύνολο δεδομένων που αντιπροσωπεύουν βασικούς τομείς της ζωής, όπως π.χ. αρχαία και βακτήρια Αυτό μας επιτρέπει “Με το να το λέμε με αρκετή σιγουριά και να αξιολογούμε αυτό το επίπεδο εμπιστοσύνης για το πώς ζει το LUCA”.

Η πολυπλοκότητα του έργου LUCA και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις του

Ο καθηγητής David Pisani, συν-συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε: «Η μελέτη μας έδειξε ότι ο LUCA ήταν ένας πολύπλοκος οργανισμός, όχι πολύ διαφορετικός από τους σύγχρονους προκαρυώτες, αλλά αυτό που είναι πραγματικά ενδιαφέρον είναι ότι είχε σαφώς πρώιμο ανοσοποιητικό σύστημα, δείχνοντας ότι ακόμη και πριν «Πριν από 4,2 δισεκατομμύρια χρόνια, οι πρόγονοί μας συμμετείχαν σε μια κούρσα εξοπλισμών με ιούς».

Ο συν-συγγραφέας Tim Linton (από τη Σχολή Γεωγραφίας του Πανεπιστημίου του Έξετερ) είπε: “Οι LUCA σαφώς εκμεταλλεύονταν και άλλαζαν το περιβάλλον τους, αλλά είναι απίθανο να ζούσαν μόνοι. Τα απόβλητά τους θα μπορούσαν να ήταν τροφή για άλλα μικρόβια, όπως τα μεθανογόνα , που θα βοηθούσε στη δημιουργία ενός οικοσυστήματος ανακύκλωσης».

Οι ευρύτερες επιπτώσεις της μελέτης για την πρώιμη ζωή

Η συν-συγγραφέας Καθηγήτρια Anya Spang (Βασιλικό Ινστιτούτο Θαλάσσιων Ερευνών της Ολλανδίας) πρόσθεσε: «Τα αποτελέσματα και οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται σε αυτή την εργασία θα ωφελήσουν επίσης μελλοντικές μελέτες που θα διερευνήσουν λεπτομερέστερα την μετέπειτα εξέλιξη των αρχαίων υπό το πρίσμα της ιστορίας της Γης, συμπεριλαμβανομένων των λιγότερο μελετημένων αρχαία και τους μεθανογόνους εκπροσώπους τους».

Ο καθηγητής Philip Donoghue, συν-συγγραφέας, είπε: «Η εργασία μας συγκεντρώνει δεδομένα και μεθόδους από πολλούς κλάδους, αποκαλύπτοντας γνώσεις για τη Γη και την πρώιμη ζωή που δεν θα μπορούσε να επιτευχθεί μόνο από κανένα επιστημονικό κλάδο Γη Αυτό “Υποδηλώνει ότι η ζωή μπορεί να ανθίσει σε βιόσφαιρες που μοιάζουν με τη Γη σε άλλα μέρη του σύμπαντος.”

Αναφορά: «The Nature of the Last Universal Common Ancestor and It Impact on the Early Earth System» των Edmund R. R. Moody, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Bates, Nina Dombrowski, Lenard L Xantho, Richard A. Boyle και Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton και Philip C. J. Donoghue, 12 Ιουλίου 2024. Φυσική οικολογία και εξέλιξη.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης επιστήμονες από το University College του Λονδίνου (UCL), το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης, το Κέντρο Περιβαλλοντικής Έρευνας της Βουδαπέστης και το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου της Οκινάουα.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα John Templeton. Οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτή τη δημοσίευση είναι αυτές των συγγραφέων και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις του Ιδρύματος John Templeton.