LUCA, najstarszy wspólny przodek wszystkich istot żywych jest starszy niż sądziliśmy. Kiedy się pojawił?
Naukowcy podejrzewają, że ostatni wspólny przodek całego życia na Ziemi – drzew, bakterii czy ludzi – pojawił się na Ziemi już 4,2 mld lat temu. Żył w zróżnicowanym biologicznie środowisku. Źródłem energii był dla niego wodór i umiał radzić sobie z wirusami.
W tym artykule:
Wszystkie żyjące obecnie na Ziemi organizmy można podzielić na trzy grupy, formalnie nazywane domenami. To bakterie, archeony i eukarionty. Ludzie wraz z innymi zwierzętami, roślinami i grzybami należą do trzeciej z nich: eukariontów. Grupy te rozdzieliły się bardzo dawno temu. Jednak nasze genomy nadal zawierają podobieństwa, ślady wspólnej przeszłości – takie same geny.
Ich obecność wskazuje, że bakterie, archeony i eukarionty musiały mieć wspólnego przodka. Naukowcy nazywają go ostatnim uniwersalnym wspólnym przodkiem, w skrócie LUCA (od ang. last universal common ancestor). LUCA był jednokomórkowcem. Kiedy żył na Ziemi? Dotychczas przypuszczano, że pojawił się po tzw. Wielkim Bombardowaniu. Czyli ok. 3,8–3,5 mld lat temu, po okresie, kiedy planety wewnętrzne Układu Słonecznego były intensywnie bombardowane przez planetoidy.
W najnowszym wydaniu czasopisma naukowego „Nature Ecology & Evolution” pojawiła się jednak praca, która znacząco postarza LUCA. Jej autorzy stawiają kontrowersyjną tezę, że organizm ten pojawił się na Ziemi już ok. 4,2 mld lat temu. A więc zaledwie czterysta milionów lat po powstaniu naszej planety.
Na tropie praprzodka LUCA
Co mamy wspólnego z organizmami takimi jak bakterie czy archeony? Na poziomie komórkowym całkiem sporo. Nasze białka zbudowane są z takich samych aminokwasów. Nośnikiem energii chemicznej jest ten sam związek – ATP. W komórkach występują takie same organelle (np. rybosomy), a informację genetyczną koduje kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA).
Wszystkie te informacje zapisane są w genach. Wspólne geny bakterii, acheonów i eukariontów pochodzą prosto od LUCA. Od czasu rozdzielenia się domen przeszły liczne mutacje, które naukowcy policzyli. Porównanie uzyskanego wyniku ze średnim tempem pojawiania się mutacji pozwoliło szacować, kiedy mniej więcej LUCA żył.
Uzyskany wynik – 4,2 mld lat temu – to zaskoczenie. – Nie spodziewaliśmy się, że LUCA będzie tak stary – mówi Sandra Álvarez-Carretero z University of Bristol. – Jednak nasze wyniki pasują do współczesnych poglądów na temat zamieszkiwalności młodej Ziemi – dodaje badaczka. Wskazują też, że ewolucja życia może być znacznie łatwiejsza niż dotychczas przypuszczaliśmy.
W jakim środowisku żył LUCA
Naukowcy twierdzą, że LUCA miał genom składający się przynajmniej z 2,5 miliona par zasad (dla porównania: ludzki genom składa się z 3,2 mld par zasad). Organizm ten był w stanie wyprodukować aż 2600 różnych białek. Z najnowszej analizy wynika, że miał też geny chroniące go przed szkodliwym promieniowaniem UV. To wskazuje, że mógł żyć na powierzchni oceanów. Inne geny potwierdzają istniejącą już hipotezę, że odżywiał się wodorem.
Co ciekawe, najprawdopodobniej stanowił część bogatego i różnorodnego ekosystemu. Istniał obok wielu innych prymitywnych mikroorganizmów, które mogły konsumować jego produkty przemiany materii. Miał też naturalnych wrogów: wirusy. By się przed nimi bronić, dysponował prymitywną wersją CRISPR. To system ochrony komórki, który dziś mają bakterie i archeony, a który ostatnio robi wielką karierę w biotechnologii jak metoda precyzyjnej edycji genów.
Znaleziono ślady najstarszych drapieżców, jacy pojawili się na Ziemi. Kto polował ponad 1 mld lat temu?
W skałach mających 1,64 mld lat wykryto ślady związków chemicznych pozostawionych przez dotychczas nieznane, dawno wymarłe mikroorganizmy. Naukowcy nazwali je „utraconym światem złożoneg...
Kontrowersyjna hipoteza
Ile z powyższego potwierdzą kolejne badania? Autorzy pracy – jak Philip Donoghue – zastrzegają, że to dopiero pierwsza próba holistycznej analizy wszystkich dostępnych danych dotyczących LUCA. Donoghue otwarcie przyznaje, że jako taka może być obarczona masą błędów. – To nie będzie nasze ostatnie słowo na ten temat – mówi „New Scientistowi” naukowiec. – Jednak sądzimy, że to dobry początek.
Suchej nitki na wnioskach badaczy nie zostawia za to Patrick Forterre z paryskiego Instytutu Pasteura, pomysłodawca określenia LUCA. Forterre zgadza się jedynie z twierdzeniem, że LUCA nie żył w izolacji. – Jednak uznanie, że LUCA istniał przed Wielkim Bombardowaniem 3,9 miliarda lat temu, jest dla mnie całkowicie nierealne – mówi „New Scientistowi” Forterre. – Jestem całkiem pewien, że zastosowana w tej pracy strategia określania wieku i zawartości genomu LUCA ma jakieś wady – dodaje naukowiec.
Źródła: EurekAlert, New Scientist, Nature Ecology & Evolution.
Nasz ekspert
Magdalena Salik
Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com