Зарождение жизни на Земле: Мировой океан проигрывает вулканам

Общепринятая теория гласит, что жизнь на Земле зародилась в воде, вернее, в Мировом океане, омывающем нашу планету. Однако недавно Уильям Мартин из Университета Дюссельдорфа (Германия) и его коллеги обнаружили доказательства того, что первый организм, который считается предком всех землян, обитал в горячем гейзере или вулканическом озере.

Фото: Фото: AP

Загадка "Луки"

В последнее время многие специалисты по эволюционной биологии говорят о том, что жизнь могла зародиться вовсе не в океане, а на поверхности суши. Кроме того, она могла появиться в озерах и у жерл вулканов. Об этом свидетельствует тот факт, что в первичном океане было крайне мало элементов, являющихся важными для органической жизнедеятельности, в частности, молибдена, бора и азота.

В своей статье, опубликованной в журнале Nature Microbiology, немецкие ученые излагают результаты анализа древнейших генов, содержащихся в геномах обитающих на Земле существ. Из них следует, что их первопредок, которого условно называют "Лука" (Last Universal Common Ancestor — "последний всеобщий предок"), мог жить только в теплой воде, в которой мало кислорода, но много минеральных элементов. Именно такая среда создается в гейзерах вулканов.

О чем рассказала "вертикальная" ДНК

Основной проблемой при "реставрации" генома "Луки" является то, что микроорганизмы передают гены не только "по вертикали", но и "по горизонтали", обмениваясь хромосомами и фрагментами ДНК с другими видами. Из-за этого наиболее распространенные гены нельзя считать самыми древними и общими характеристиками организма. Они могли распространиться и относительно недавно в ходе горизонтального "обмена" ДНК и в результате вымирания тех подвидов, которым эти гены не достались. Поэтому группа Мартина решила включить в свое исследование только гены, передающиеся "вертикальным" способом. Обязательным условием являлось их присутствие хотя бы в двух видах бактерий и архей. В общей сложности исследователями было проанализировано более шести миллионов генов, подразделявшихся на 286 тысяч генетических семейств, из которых лишь 355 удовлетворяли необходимым критериям. Таким образом Мартину и его команде удалось выделить те генетические черты, которыми обладал "Лука", живший на Земле 3,3-3,5 миллиарда лет назад.

К счастью, три с половиной сотни семейств генов, соответствовавшие критериям отбора, представляли собой не беспорядочные наборы обрывков ДНК, имеющих различные функции, а давали вполне конкретное представление о том, в какой среде обитали эти организмы и как им удавалось в ней выживать. Поскольку в геноме "Луки" присутствовали белки, необходимые для жизни в горячей среде, ученые высказали предположение, что его средой обитания были геотермальные источники или вулканические озера, лишенные кислорода. Энергию, которая требовалась для питания клеток, "Лука" извлекал из разницы в концентрации различных ионов. Также источниками его питания являлись водород и углекислота.

Хотя вероятность того, что жизнь на Земле имеет "вулканическое" происхождение, достаточно высока, все же существуют и другие возможности. Так, предки "Луки" могли образоваться из органических соединений в иной среде, но впоследствии изменения этой среды или конкуренция с другими видами, ныне вымершими, могли вынудить их переселиться поближе к вулканам.

Жизнь старше, чем мы думаем?

Кстати, не так давно геохимики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Марк Харрисон и Крейг Мэннинг заявили, что первые живые организмы на Земле могли появиться гораздо раньше, чем принято считать, — вскоре после образования планеты.

Исследователи изучили более десяти тысяч образцов циркона, образовавшихся из расплавленных вулканических пород на территории Западной Австралии еще на заре формирования планеты. Соотношение в этих камнях углерода-12 и углерода-13 указывает на присутствие фотосинтетической жизни. Выделив 656 образцов с темными пятнышками, ученые подвергли 79 из них Раман-спектроскопии. Оказалось, что один из образцов в двух местах имеет вкрапления графита — чистого углерода. Соотношение в минерале урана к свинцу помогло определить его возраст — 4,1 миллиарда лет.

По всей вероятности, говорят авторы исследования, простейшие организмы появились на нашей планете почти сразу же после того, как она сформировалась, но потребовались многие миллионы лет, чтобы у них выработалась способность к фотосинтезу.

Около 2,1 миллиарда лет назад возникли многоклеточные организмы. Около 1200 миллионов лет назад на Земле появились первые водоросли, а 450 миллионов лет назад — высшие растения. Появление первых беспозвоночных животных относится к эдиакарскому периоду (541-635 миллионов лет до нашей эры), а появление первых позвоночных — к кембрийскому взрыву (525 миллионов лет назад). После чего жизнь продолжала непрерывно эволюционировать. И этот процесс продолжается до сих пор.