Международная группа исследователей под руководством Бристольского университета пролила свет на древнейшую экосистему Земли, показав, что в течение нескольких сотен миллионов лет с момента формирования планеты жизнь на Земле уже процветала. Работа опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.
Все живое сегодня произошло от одного общего предка, которого ласково называют LUCA (Last Universal Common Ancestor - последний универсальный общий предок).
LUCA — это предполагаемый общий предок, от которого произошла вся современная клеточная жизнь, от одноклеточных организмов, таких как бактерии, до гигантских секвой (а также нас, людей). LUCA представляет собой корень древа жизни до того, как оно разделилось на группы, признаваемые сегодня: Бактерии, Археи и Эукариоты.
Современная жизнь произошла от LUCA из разных источников: одни и те же аминокислоты, используемые для построения белков во всех клеточных организмах, общая энергетическая валюта (АТФ), наличие клеточных механизмов, таких как рибосома и другие, связанные с созданием белков из информации, хранящейся в ДНК, и даже тот факт, что вся клеточная жизнь использует саму ДНК как способ хранения информации.
Группа ученых сравнила все гены в геномах ныне живущих видов, подсчитав мутации, произошедшие в их последовательностях с течением времени с тех пор, как у них был общий предок в LUCA.
Время разделения некоторых видов известно из ископаемых останков , поэтому группа использовала генетический эквивалент известного уравнения, используемого для расчета скорости в физике, чтобы выяснить, когда существовал LUCA, и пришла к ответу: 4,2 миллиарда лет назад, примерно через четыреста миллионов лет после образования Земли и нашей Солнечной системы.
«Мы не ожидали, что LUCA окажется настолько старым, всего в пределах сотен миллионов лет от формирования Земли. Однако наши результаты соответствуют современным взглядам на обитаемость ранней Земли», - сказала соавтор исследования Сандра Альварес-Карретеро из Бристольской школы наук о Земле.
Затем команда разработала биологию LUCA, смоделировав физиологические характеристики живых видов на протяжении всей генеалогии жизни до LUCA.
«Эволюционная история генов осложняется их обменом между линиями. Нам приходится использовать сложные эволюционные модели, чтобы согласовать эволюционную историю генов с генеалогией видов», - сказал ведущий автор исследования Эдмунд Муди.
«Одним из реальных преимуществ здесь является применение подхода согласования генного дерева и видового дерева к такому разнообразному набору данных, представляющему основные домены жизни: археи и бактерии. Это позволяет нам с некоторой уверенностью говорить и оценивать этот уровень уверенности относительно того, как жил LUCA», - сказал соавтор исследования Том Уильямс из Школы биологических наук Бристоля.
«Наше исследование показало, что LUCA был сложным организмом, не слишком отличавшимся от современных прокариот, но что действительно интересно, так это то, что он явно обладал ранней иммунной системой, что показывает, что даже 4,2 миллиарда лет назад наш предок вел гонку вооружений с вирусами», - добавил соавтор исследования профессор Давиде Пизани.
«Очевидно, что LUCA эксплуатировал и изменял окружающую среду, но вряд ли он жил в одиночку. Его отходы были бы пищей для других микробов, таких как метаногены, которые помогли бы создать экосистему переработки», - заметил соавтор исследования Тим Лентон из Университета Эксетера.
«Выводы и методы, использованные в этой работе, также будут использованы в будущих исследованиях, которые более подробно рассмотрят последующую эволюцию прокариот в свете истории Земли, включая менее изученные археи и их метаногенных представителей», — добавила соавтор исследования профессор Аня Спанг из Королевского нидерландского института морских исследований).
«Наша работа объединяет данные и методы из разных дисциплин, раскрывая понимание ранней Земли и жизни, которое не могло быть достигнуто ни одной из дисциплин в отдельности. Она также демонстрирует, насколько быстро на ранней Земле сформировалась экосистема. Это говорит о том, что жизнь может процветать в биосферах земного типа в других местах Вселенной», - прокомментировал профессор Филип Донохью.
В исследовании также приняли участие ученые из Университетского колледжа Лондона (UCL), Утрехтского университета, Центра экологических исследований в Будапеште и Окинавского института науки и технологий.
