Дивовижне відкриття уточнило час появи життя на Землі, і це раніше, ніж ми думали

Олександр Гайдамашко

Джерело:

Nature Ecology & Evolution

Основні тези

Вивчення геному показало, що універсальний спільний предок (LUCA) всіх живих організмів на Землі з'явився 4,2 мільярда років тому.
Бактерія LUCA була подібна до прокаріотів, не залежала від кисню та мала ранню імунну систему, вказуючи на те, що вона вже тоді боролася з вірусами.
Дослідники використовували молекулярний годинник для визначення часу розходження організмів від LUCA та виявили, що для екосистеми потрібно було вкрай небагато часу для формування.

Вчені дізналися більше про перший живий організм на Землі

Мікроби / National Institute of Allergy and Infectious Diseases

Спочатку Земля була безплідною. Усе змінилося, коли в якийсь момент історії планети з хімічних речовин, доступних на той час, з'явилося щось нове – живе. Щоб існувати, воно переробляло наявну матерію, розмножувалося, змінювалося, росло й еволюціонувало. Але що це було і коли воно вперше зародилось?

Нове дослідження стверджує, що знайшло деякі відповіді на непрості питання, які ми ставимо собі з того моменту, як почали усвідомлювати себе й задумуватись про те, ким ми є і звідки взялися. Результати свідчать, що життя виникло напрочуд рано.

Дивіться також Вчені зробили дивовижне відкриття про еволюцію

Походження життя

Вивчаючи геноми нинішніх організмів, учені визначили, що універсальний спільний предок (LUCA), який породив усе подальше життя, що тепер існує на Землі, з'явився ще 4,2 мільярда років тому.

Вік Землі, для контексту, становить близько 4,5 мільярдів років. Це означає, що життя вперше з'явилося, коли планета була ще практично новонародженою.

Ми не очікували, що LUCA виявиться настільки давньою, всього сотні мільйонів років після утворення Землі. Однак наші результати узгоджуються з сучасними поглядами на придатність ранньої Землі для життя,
– каже еволюційна біологиня Сандра Альварес-Карретеро з Брістольського університету у Великій Британії.

Якби ми мали змогу повернутися в часі й подивитися на тодішню Землю, ми навряд чи її б упізнали. Атмосфера була токсична для нинішнього життя, а всюди, куди не глянь, лише каміння та скелі – і ніяких рослин чи тварин. Кисень у кількості, необхідній сучасному життю, з'явився відносно пізно в еволюційній історії планети, лише близько 3 мільярдів років тому.

Але життя з'явилося ще до цього. Ми маємо скам'янілості мікробів, яким 3,48 мільярда років. Проте вчені вже деякий час підозрювали, що умови на Землі могли стати достатньо стабільними для підтримки життя приблизно 4,3 мільярда років тому.

На жаль чи на щастя наша планета піддається ерозійним, геологічним, тектонічним та органічним процесам, які зводять майже до нуля можливість знайти докази того, що життя існувало в той час.

Методологія

Тому команда вчених на чолі з філогенетиком Едмундом Муді з Брістольського університету почала шукати в іншому місці: у геномах живих організмів та викопних рештках.

Їхнє дослідження базується на так званому молекулярному годиннику. Фактично ми можемо оцінити швидкість, з якою відбуваються мутації, і підрахувати їхню кількість, щоб визначити, скільки часу минуло відтоді, як організми, про які йде мова, розійшлися від спільних предків.

Усі організми, від найскромнішого мікроба до наймогутнішого гриба, мають дещо спільне: у них є універсальний генетичний код. Спосіб, у який ми виробляємо білки, однаковий. Існує майже універсальний набір з 20 амінокислот, які орієнтовані однаково від початку часів. І всі живі організми використовують аденозинтрифосфат (АТФ) як джерело енергії у своїх клітинах.

На основі цих подібностей та відмінностей Муді та його колеги вирахували, скільки часу минуло відтоді, як наступники LUCA почали розходитися. Використовуючи складне еволюційне моделювання, вони змогли дізнатися більше про саму бактерію LUCA – якою вона була та як вижила на Землі, настільки негостинній для її далеких нащадків.

Дивіться також Гідротермальні джерела на Європі можуть містити інопланетне життя – нове дослідження

Як їй це вдалося

Учені виявили, що LUCA була дуже схожа на прокаріотів – одноклітинних організмів, що не мають ядра та мембранних органел, на відміну від складніших еукаріотів.
Вона, очевидно, не залежала від кисню, оскільки його було надто мало в тодішній атмосфері. Це не є несподіванкою для мікроба.
Метаболічні процеси LUCA, ймовірно, виробляли ацетат.

Але є дещо ще цікавіше. Судячи з усього, LUCA не була самотньою в новонародженому світі.

Наше дослідження показало, що LUCA була складним організмом, який не надто відрізнявся від сучасних прокаріотів. Але дійсно цікавим є той факт, що вона мала ранню імунну систему. Це означає, що вже 4,2 мільярда років тому наш предок брав участь у гонитві озброєнь з вірусами,
– каже говорить філогенетик Давіде Пізані з Брістольського університету.

Оскільки метаболічні процеси LUCA виробляли відходи, які могли бути використані іншими формами життя, вони могли з'явитися незабаром після появи LUCA.

Це означає, що для виникнення повноцінної екосистеми в еволюційній історії планети потрібно відносно небагато часу. А крім того, ми можемо зрозуміти, що життя цілком здатне процвітати в подібних до Землі біосферах деінде у Всесвіті.