Międzynarodowy zespół badaczy pod przewodnictwem Uniwersytetu w Bristolu rzucił światło na najwcześniejszy ekosystem Ziemi, wykazując, że w ciągu kilkuset milionów lat od uformowania się planety życie na Ziemi kwitło już.
Wszystko, co żyje dzisiaj, pochodzi od jednego wspólnego przodka, nazywanego pieszczotliwie LUCA (Last Universal Common Ancestor).
LUCA jest hipotetycznym wspólnym przodkiem, od którego pochodzi całe współczesne życie komórkowe, od organizmów jednokomórkowych, takich jak bakterie, po gigantyczne drzewa sekwoi (a także my, ludzie). LUCA reprezentuje korzeń drzewa życia, zanim podzieliło się na grupy, rozpoznawane dzisiaj, bakterie, archeony i eukarioty. Współczesne życie wyewoluowało z LUCA z różnych źródeł: tych samych aminokwasów, które są używane do budowy białek we wszystkich organizmach komórkowych, wspólnej waluty energetycznej (ATP), obecności maszynerii komórkowej, takiej jak rybosom i innych związanych z wytwarzaniem białek z informacji przechowywanych w DNA, a nawet faktu, że całe życie komórkowe wykorzystuje samo DNA jako sposób przechowywania informacji.
Zespół porównał wszystkie geny w genomach żyjących gatunków, licząc mutacje, które nastąpiły w ich sekwencjach na przestrzeni czasu, odkąd miały wspólnego przodka w LUCA.
Czas oddzielenia się niektórych gatunków jest znany z zapisu kopalnego, dlatego zespół wykorzystał genetyczny odpowiednik znanego równania służącego do obliczania prędkości w fizyce, aby określić, kiedy istniał LUCA. Otrzymał odpowiedź: 4,2 miliarda lat temu, około czterysta milionów lat po uformowaniu się Ziemi i naszego Układu Słonecznego.
Współautorka dr Sandra Álvarez-Carretero z Bristol's School of Earth Sciences powiedziała: „Nie spodziewaliśmy się, że LUCA będzie tak stara, zaledwie setki milionów lat od powstania Ziemi. Jednak nasze wyniki pasują do współczesnych poglądów na temat zamieszkiwalności wczesnej Ziemi”.
Następnie zespół opracował biologię LUCA, modelując cechy fizjologiczne żywych gatunków wstecz przez genealogię życia do LUCA. Główny autor, dr Edmund Moody, wyjaśnił: „Historia ewolucji genów jest skomplikowana przez ich wymianę między liniami. Musimy używać złożonych modeli ewolucyjnych, aby pogodzić historię ewolucji genów z genealogią gatunków”.
Współautor dr Tom Williams z Bristol's School of Biological Sciences powiedział: „Jedną z prawdziwych zalet jest zastosowanie podejścia gen-drzewo-gatunek-drzewo do tak zróżnicowanego zestawu danych reprezentującego główne domeny życia Archaea i Bacteria. Pozwala nam to z pewną pewnością stwierdzić i ocenić ten poziom pewności co do tego, jak żył LUCA”.
Współautor, profesor Davide Pisani, powiedział: „Nasze badanie wykazało, że LUCA był złożonym organizmem, nie różniącym się zbytnio od współczesnych prokariontów, ale co naprawdę interesujące, to to, że wyraźnie posiadał wczesny układ odpornościowy, co pokazuje, że nawet 4,2 miliarda lat temu nasz przodek brał udział w wyścigu zbrojeń z wirusami”.
Współautor Tim Lenton (University of Exeter, School of Geography) powiedział: „Oczywiste jest, że LUCA eksploatował i zmieniał swoje środowisko, ale mało prawdopodobne jest, aby żył sam. Jego odpady byłyby pożywieniem dla innych mikrobów, takich jak metanogeny, które pomogłyby stworzyć ekosystem recyklingu”.
„Wyniki i metody wykorzystane w tej pracy będą również stanowić podstawę przyszłych badań, które będą bardziej szczegółowo analizować późniejszą ewolucję prokariontów w kontekście historii Ziemi, w tym mniej zbadanych archeonów i ich metanogennych przedstawicieli” – dodała współautorka, profesor Anja Spang (Królewski Holenderski Instytut Badań Morza).
Współautor, profesor Philip Donoghue, powiedział: „Nasza praca łączy dane i metody z wielu dyscyplin, ujawniając spostrzeżenia na temat wczesnej Ziemi i życia, których nie można było uzyskać w pojedynkę w ramach żadnej dyscypliny. Pokazuje również, jak szybko na wczesnej Ziemi powstał ekosystem. Sugeruje to, że życie może kwitnąć w biosferach podobnych do Ziemi w innych częściach wszechświata”.
W badaniu wzięli udział również naukowcy z University College London (UCL), Uniwersytetu w Utrechcie, Centrum Badań Ekologicznych w Budapeszcie i Uniwersytetu Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University.
Badania zostały sfinansowane przez John Templeton Foundation. Opinie wyrażone w tej publikacji są opiniami autora(-ów) i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy John Templeton Foundation.