Колись Земля була безплідною. Усе змінилося, коли якимось чином з хімії, доступної на початку історії нашої планети, щось почало звиватися – переробляти доступну матерію, щоб виживати, розмножуватися, процвітати. Що це було за щось і коли воно вперше звивалося, були гострі питання, які спантеличили людство, ймовірно, стільки часу, скільки ми могли запитати «що я?» Тепер нове дослідження знайшло деякі відповіді – і життя з’явилося напрочуд рано.
Вивчаючи геноми організмів, які живуть сьогодні, вчені визначили, що останній універсальний загальний предок (LUCA), перший організм, який породив все життя, яке існує сьогодні на Землі, виник ще 4,2 мільярда років тому. Для контексту Землі близько 4,5 мільярдів років. Це означає, що життя вперше виникло, коли планета була ще практично новонародженою.
«Ми не очікували, що LUCA буде настільки старим, лише за сотні мільйонів років формування Землі», — каже еволюційний біолог Сандра Альварес-Карретеро з Брістольського університету у Великобританії. «Однак наші результати збігаються з сучасними поглядами на придатність для життя ранньої Землі».
Коли Земля була новою, вона була зовсім іншим місцем, з атмосферою, яку сьогодні ми визнаємо надзвичайно токсичною. Кисень у тій кількості, яка, здається, потрібна сучасному життю, з’явився лише на відносно пізньому етапі еволюційної історії планети, лише приблизно 3 мільярди років тому.
Але життя виникло раніше; ми маємо копалини мікробів 3,48 мільярда років тому. І вчені вважають, що умови на Землі були достатньо стабільними, щоб підтримувати життя приблизно 4,3 мільярда років тому. Але наша планета піддається ерозійним, геологічним і органічним процесам, які роблять майже неможливим знайти докази того життя з того часу. Тож під керівництвом філогенетика Едмунда Муді з Брістольського університету команда вчених вирушила шукати деінде: геноми живих організмів і скам’янілості.
Їхнє дослідження базується на тому, що називається молекулярним годинником. По суті, ми можемо оцінити швидкість, з якою відбуваються мутації, і підрахувати кількість, щоб визначити, скільки часу минуло з моменту, коли відповідні організми відокремилися від спільних предків.
Усі організми, від найскромнішого мікроба до наймогутнішого гриба, мають деякі спільні риси. Існує універсальний генетичний код. Спосіб виробництва білків однаковий. Існує майже універсальний набір із 20 амінокислот, які орієнтовані однаково. І всі живі організми використовують аденозинтрифосфат (АТФ) як джерело енергії у своїх клітинах.
На основі цих подібностей і відмінностей Муді та його колеги визначили, скільки часу минуло з того часу, як наступники LUCA почали розходитися. І, використовуючи складне еволюційне моделювання, вони змогли дізнатися більше про саму LUCA – що це було, і як воно вижило на Землі, настільки негостинній для своїх нащадків.
Вони виявили, що LUCA, ймовірно, дуже схожий на прокаріот, одноклітинний організм, який не має ядра. Очевидно, він не залежав від кисню, оскільки кисню було мало; це не несподівано для мікроба. Таким чином, його метаболічні процеси, ймовірно, виробляли ацетат. Але було ще щось цікаве. LUCA, здається, був не один.
«Наше дослідження показало, що LUCA був складним організмом, який не надто відрізнявся від сучасних прокаріотів», — говорить філогеномік Давід Пізані з Брістольського університету.
«Але що справді цікаво, так це те, що очевидно, що він мав ранню імунну систему, що свідчить про те, що ще 4,2 мільярда років тому наш предок брав участь у гонці озброєнь з вірусами».
Оскільки його метаболічні процеси виробляли б відходи, які могли б використовувати інші форми життя, вони могли з’явитися незабаром після LUCA. Це означає, що потрібно відносно мало часу, щоб повна екосистема виникла в еволюційній історії планети – відкриття, яке має наслідки далеко за межі нашої власної маленької блідо-блакитної точки.
«Наша робота об’єднує дані та методи з багатьох дисциплін, відкриваючи уявлення про ранню Землю та життя, яких неможливо було б досягти за допомогою однієї окремої дисципліни», — пояснює палеобіолог Філіп Донох’ю з Брістольського університету.
«Це також демонструє, як швидко була створена екосистема на ранній Землі. Це свідчить про те, що життя може процвітати в земних біосферах деінде у Всесвіті». Дослідження опубліковано в Nature Ecology & Evolution.
