Entdecken Sie die Geheimnisse von LUCA, den ältesten Lebensformen der Erde

Eine digitale Darstellung, die zeigt, wie LUCA bereits vor 4,2 Milliarden Jahren tatsächlich von Viren befallen wurde. Urheberrecht: Science Graphic Design

A Universität BristolEine Studie von Forschern der Harvard University hat herausgefunden, dass das Leben auf der Erde, das von einem gemeinsamen Vorfahren namens LUCA abstammt, kurz nach der Entstehung des Planeten blühte.

Mithilfe genetischer Analysen und evolutionärer Modellierung haben die Forscher die Existenz von LUCA vor etwa 4,2 Milliarden Jahren lokalisiert und dabei gezeigt, dass es sich um einen komplexen Organismus mit einem frühen Immunsystem handelt, der in die ältesten Ökosysteme der Erde integriert ist.

Genetischer Bauplan von LUCA und seinen Nachkommen

Alles, was heute lebt, stammt von einem einzigen gemeinsamen Vorfahren ab, der liebevoll LUCA (Last Universal Common Ancestor) genannt wird.

LUCA ist der mutmaßliche gemeinsame Vorfahre, von dem alles moderne zelluläre Leben abstammt, von einzelligen Organismen wie Bakterien bis hin zu riesigen Mammutbäumen (sowie uns Menschen). LUCA stellt die Wurzel des Lebensbaums dar, bevor er sich in die heute bekannten Gruppen Bakterien, Archaeen und Eukalyptusarten aufteilte. Das moderne Leben entwickelte sich aus LUCA aus verschiedenen Quellen: gleich Aminosäuren Es wird zum Aufbau von Proteinen in allen Zellorganismen, der gemeinsamen Energiewährung (ATP) und dem Vorhandensein zellulärer Maschinen wie Ribosomen und anderen verwendet, die mit der Herstellung von Proteinen aus darin gespeicherten Informationen verbunden sind DNAund sogar die Tatsache, dass alle zellulären Lebensformen die DNA selbst als Mittel zur Informationsspeicherung nutzen.

Forschungsmethoden und die LUCA-Ära

Das Team verglich alle Gene im Genom der Organismen Klassifizierenindem Mutationen gezählt werden, die in ihren Sequenzen im Laufe der Zeit aufgetreten sind, seit sie einen gemeinsamen Vorfahren in LUCA hatten.

Der Zeitpunkt der Abspaltung einiger Arten ist aus dem Fossilienbestand bekannt. Daher verwendete das Team ein genetisches Äquivalent der bekannten Gleichung zur Berechnung der Geschwindigkeit in der Physik, um herauszufinden, wann LUCA existierte, und gelangte zu der Antwort, dass dies vor 4,2 Milliarden Jahren geschah , etwa vierhundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde und unseres Sonnensystems.

Sandra Alvarez Carretero, Co-Autorin der Studie von der School of Earth Sciences in Bristol, sagte: „Wir hatten nicht erwartet, dass der Planet Luca innerhalb von Hunderten Millionen Jahren nach der Entstehung der Erde so alt sein würde. Unsere Ergebnisse sind jedoch konsistent.“ mit aktuellen Ansichten zur frühen Bewohnbarkeit der Erde.

Physiologische Erkenntnisse und evolutionäre Modellierung von LUCA

Als nächstes arbeitete das Team daran, die Biologie von LUCA zu bestimmen, indem es die physiologischen Eigenschaften lebender Arten über die Abstammungslinie des Lebens bis hin zu LUCA modellierte. Der Hauptautor Dr. Edmund Moody erklärte: „Die Evolutionsgeschichte der Gene wird durch ihren Austausch zwischen den Abstammungslinien kompliziert. Wir müssen komplexe Evolutionsmodelle verwenden, um die Evolutionsgeschichte der Gene mit der Genealogie der Arten in Einklang zu bringen.“

Dr. Tom Williams, Co-Autor der Studie von der School of Biological Sciences in Bristol, sagte: „Einer der wirklichen Vorteile hier ist die Anwendung des Genbaum- und Artenbaum-Abgleichsansatzes auf einen so vielfältigen Datensatz, der Schlüsselbereiche des Lebens repräsentiert, wie z Archaeen und Bakterien ermöglichen es uns, „indem wir es ziemlich sicher sagen und dieses Maß an Vertrauen in die Art und Weise beurteilen, wie LUCA lebt.“

Die Komplexität des LUCA-Projekts und seine Auswirkungen auf die Umwelt

Professor David Pisani, Co-Autor der Studie, sagte: „Unsere Studie zeigte, dass LUCA ein komplexer Organismus war, der sich nicht sehr von modernen Prokaryoten unterschied, aber was wirklich interessant ist, ist, dass er eindeutig über ein frühes Immunsystem verfügte, was dies bereits früher zeigte.“ „Vor 4,2 Milliarden Jahren lieferten sich unsere Vorfahren ein Wettrüsten mit Viren.“

Co-Autor Tim Lenton (von der School of Geography der University of Exeter) sagte: „Die LUCA haben eindeutig ihre Umwelt ausgebeutet und verändert, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie alleine gelebt haben. Ihr Abfall könnte Nahrung für andere Mikroben gewesen sein, beispielsweise für Methanogene.“ , was dazu beitragen würde, ein Recycling-Ökosystem zu schaffen.“

Die umfassenderen Auswirkungen des Studiums auf das frühe Leben

Co-Autorin Professor Anya Spang (Königlich Niederländisches Institut für Meeresforschung) fügte hinzu: „Die Ergebnisse und Methoden dieser Arbeit werden auch künftigen Studien zugute kommen, die die spätere Entwicklung der Archaeen im Lichte der Erdgeschichte, einschließlich der weniger erforschten, detaillierter untersuchen.“ Archaeen und ihre methanogenen Vertreter.“

Professor Philip Donoghue, Co-Autor, sagte: „Unsere Arbeit vereint Daten und Methoden aus mehreren Disziplinen und enthüllt Erkenntnisse über die Erde und das frühe Leben, die von keiner Disziplin allein erreicht werden konnten. Sie zeigt auch, wie schnell sich ein Ökosystem schon früh etabliert hat.“ Erde. „Es deutet darauf hin, dass Leben in erdähnlichen Biosphären anderswo im Universum gedeihen könnte.“

Referenz: „Die Natur des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren und seine Auswirkungen auf das frühe Erdsystem“ von Edmund R. R. Moody, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Bates, Nina Dombrowski, Lenard L . Xantho, Richard A. Boyle und Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton und Philip C. J. Donoghue, 12. Juli 2024. Natürliche Ökologie und Evolution.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

An der Studie beteiligten sich auch Wissenschaftler des University College London (UCL), der Universität Utrecht, des Budapest Environmental Research Centre und des Okinawa Institute of Science and Technology der Graduate University.

Die Forschung wurde von der John Templeton Foundation finanziert. Die in dieser Veröffentlichung geäußerten Ansichten sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der John Templeton Foundation wider.