Универсальный предок появился раньше, чем мы предполагали

Недавнее исследование, опубликованное в престижном научном издании Nature, бросает вызов устоявшимся представлениям о хронологии развития жизни, предполагая, что последний универсальный общий предок всех живых организмов (LUCA — Last Universal Common Ancestor) мог существовать значительно раньше, чем считалось до сих пор.

Согласно новым расчетам, проведенным международной группой ученых под руководством специалистов из Бристольского университета, LUCA обитал примерно 4,2 миллиарда лет назад, спустя несколько сотен миллионов лет после формирования Земли. Это открытие противоречит предыдущим оценкам, датировавшим появление LUCA периодом между 3,5 и 3,8 миллиардами лет назад. Исследователи смогли уточнить эту хронологию, применив инновационные методы анализа генетических и палеонтологических данных.

LUCA часто описывается как примитивный микроорганизм, однако детали его природы остаются предметом научных дискуссий. Предполагается, что LUCA был одноклеточным организмом, обладавшим клеточной мембраной и использовавшим ДНК, РНК и белки для осуществления своих биологических функций. Это представление крайне важно для понимания первичных механизмов жизни и основ современной биологии.

В ходе нового исследования ученые идентифицировали около 2600 генов, кодирующих белки, которые можно отнести к LUCA. Это число значительно превышает предыдущие оценки, составлявшие около сотни генов. Такое открытие предоставляет ценную информацию о биологических возможностях LUCA, позволяя предположить, что он уже обладал сложными метаболическими и репродуктивными механизмами, а также примитивной иммунной системой.

Ведущий автор исследования, доктор Эдмунд Муди, отмечает, что эволюционная история генов осложняется их обменом между различными линиями организмов. Для согласования эволюционной истории генов с филогенетическим древом видов необходимо применение сложных эволюционных моделей.

Условия существования на Земле во времена LUCA были экстремальными: океаны отличались высокой температурой, вулканическая активность была интенсивной, а атмосфера насыщена токсичными газами. Тем не менее, именно такая среда стала колыбелью для общего предка всех живых организмов. Вероятно, эти суровые условия сыграли ключевую роль в эволюции первых форм жизни.

Согласно исследованию, проведенному учеными Чикагского университета, первые организмы должны были адаптироваться к гидротермальной среде, богатой минералами и разнообразными химическими соединениями. Эта гипотеза подчеркивает удивительную способность жизни приспосабливаться к самым экстремальным условиям и открывает новые перспективы в понимании происхождения и эволюции жизни на Земле.

LUCA традиционно характеризуется как примитивный микроорганизм, однако детали его природы остаются предметом научных дискуссий. Доктор Джек Сзостак, удостоенный Нобелевской премии по медицине, хотя и не участвовал в данном исследовании, предполагает, что LUCA представлял собой одноклеточный организм с клеточной мембраной, использовавший ДНК, РНК и белки для осуществления своих биологических функций. Это описание имеет crucial значение, поскольку оно способствует пониманию первичных механизмов жизни и фундаментальных основ современной биологии.

В рамках нового исследования ученым удалось идентифицировать около 2600 генов, кодирующих белки, которые можно отнести к LUCA. Это число значительно превосходит предыдущие оценки, составлявшие около сотни генов. Данное открытие предоставляет ценную информацию о биологическом потенциале LUCA, позволяя предположить, что он уже обладал комплексными метаболическими и репродуктивными механизмами, а также примитивной иммунной системой.

Доктор Эдмунд Муди, ведущий автор исследования, подчеркивает, что эволюционная история генов осложняется их обменом между различными линиями организмов. Он отмечает необходимость применения сложных эволюционных моделей для согласования эволюционной истории генов с филогенетическим древом видов.

Условия существования на Земле в эпоху LUCA были крайне суровыми. Океаны характеризовались высокими температурами, вулканическая активность была интенсивной, а атмосфера насыщена токсичными газами. Несмотря на это, именно такая экстремальная среда стала колыбелью для общего предка всех живых организмов. Вероятно, эти жесткие условия сыграли ключевую роль в эволюции первичных форм жизни.

Исследование, проведенное учеными Чикагского университета, предполагает, что первые организмы должны были адаптироваться к гидротермальной среде, изобилующей минералами и разнообразными химическими соединениями. Эта гипотеза подчеркивает удивительную способность жизни приспосабливаться к самым экстремальным условиям и открывает новые перспективы в понимании происхождения и эволюции жизни на нашей планете.

В недавнем исследовании, опубликованном в престижном научном журнале Nature Ecology & Evolution, ученые применили инновационные методы филогенетического анализа для выявления универсальных генетических маркеров, присутствующих как в археях, так и в бактериях. Исследователи провели масштабный анализ, охвативший 574 генома архей и 3020 геномов бактерий, что позволило им идентифицировать 59 генетических маркеров, пригодных для построения филогенетического древа, включающего оба домена жизни.

Для достижения этой цели ученые составили комплексный список маркеров, использованных в предыдущих исследованиях, и сопоставили их с профилями в авторитетных базах данных, таких как COG (Orthologous Gene Groups), arCOG и TIGRFAM. Последняя представляет собой базу данных белковых семейств, широко применяемую для аннотации геномов и идентификации белковых семейств, преимущественно у бактерий и архей. Соответствующие белки были извлечены и тщательно проанализированы на предмет их присутствия в геномах обоих доменов.

Доктор Том Уильямс из Бристольской школы биологических наук, один из соавторов исследования, подчеркивает уникальность применённого подхода, основанного на согласовании генов и деревьев видов к столь разнообразному набору данных, представляющему первичные домены жизни. По его словам, это позволяет с высокой степенью достоверности реконструировать особенности жизнедеятельности LUCA.

После идентификации генетических маркеров ученые провели их выравнивание и, используя модели сложных замен, построили филогенетические деревья. Для обеспечения достоверности результатов были проведены тщательные тесты, направленные на исключение влияния горизонтального переноса генов и дупликаций, которые могли бы исказить картину эволюционных взаимосвязей.

Применение методов молекулярного датирования позволило исследователям оценить возраст расхождений между различными группами организмов. На основе полученных данных ученые пришли к выводу, что LUCA существовал уже около 4,2 миллиарда лет назад. Эта информация не только позволила создать надежное филогенетическое древо, но и проследить эволюцию генов от этого общего предка до современных форм жизни.