Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.
Английская аббревиатура LUCA буквально означает «Последний универсальный общий предок». От него у нас общие механизмы кодирования информации, синтеза белков, хиральность аминокислот, снабжение энергией с помощью расщепления АТФ.
Ископаемые остатки LUCA не сохранились, поэтому все, что мы знаем о нем, происходит из анализа геномов современных и вымерших организмов. Интерпретаций множество, и не все они согласуются между собой. Был ли предок просто или сложно устроен? В каких условиях обитал и когда?
В новой работе, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution, международный коллектив ученых во главе с генетиками из Университета Бристоля (Великобритания) использовал молекулярные часы и разные биохимические модели, чтобы определить возраст, размер генома, метаболизм LUCA и его влияние на раннюю Землю.
Ученые сравнили все гены всех ныне живущих организмов, подсчитали мутации, возникшие с тех пор, как они отделились от общего предка. Расчеты показали, что это произошло примерно 4,2 миллиарда лет назад (с доверительным интервалом 95 процентов).
«Мы не ожидали, что LUCA настолько древний и возник всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты. Все же наши результаты согласуются с современными представлениями об обитаемости ранней Земли», — рассказала в интервью пресс-службе соавтор работы Сандра Авьварес-Карретеро из Бристоля.
Выяснилось, что геном LUCA размером 2,75 миллиона пар оснований. Это несколько больше, чем считалось, и укладывается в размеры генома современных прокариот — одноклеточных организмов с неоформленным ядром, к которым принадлежат археи и бактерии.
Вероятно, сделали вывод авторы статьи, предок был частью экосистемы и использовал цепь биохимических реакций для фиксации диоксида углерода и получения энергии (путь Вуда — Льюнгдаля). Филогенетика не позволяет узнать, как выглядели другие представители этой экосистемы. Об их физиологии можно судить по тому, каков метаболизм LUCA.
Какие эволюционные пути привели к появлению LUCA, тоже неизвестно, но, учитывая возраст образования Земли и Луны, этот процесс занял очень короткое время на геологическом масштабе.