Ostatni wspólny przodek wszystkich żywych organizmów (LUCA) żył około 4,5 miliarda lat temu, czyli jest praktycznie w tym samym wieku co planeta. Biolodzy doszli do takiego nieoczekiwanego wniosku, stosując datowanie metodą „zegara molekularnego”… Rezultat został przedstawiony w artykule naukowym opublikowanym w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution przez grupę kierowaną przez Davide Pisani z University of Bristol.
Tradycyjnym źródłem informacji o ewolucji życia są oczywiście skamieniałości. Ale Ziemia to zmieniająca się planeta. Erozja, ruchy kontynentów, aktywność wulkaniczna i inne procesy geologiczne stopniowo zacierają ślady przeszłości. Informacje o archeańskim eonie (4,0-2,5 miliarda lat temu) są niezwykle fragmentaryczne. Ponadto czasami trudno jest zrozumieć, czy znalezione skamieniałości mają pochodzenie biologiczne.
Jednak zapis kopalny nie jest jedynym źródłem informacji o rozwoju życia. Drzewo ewolucyjne organizmów żywych można zbudować nie tylko w oparciu o ich anatomię, ale także poprzez interpretację kodu DNA. Podobieństwa i różnice w genomie wskazują, jak blisko spokrewnione są pewne grupy istot żywych, i pozwalają ustalić, kto od kogo pochodzi. Odbywa się to w podobny sposób, jak w przypadku analizy skamieniałości. Tylko wtedy, gdy paleontolodzy mają do dyspozycji ograniczoną liczbę cech zewnętrznych, które mogą ze sobą porównać, to genetyka jest na lepszej pozycji: każdy z wielu tysięcy genów można w rzeczywistości uznać za odrębną cechę.
Metody genetyczne umożliwiają tworzenie i datowanie wydarzeń ewolucyjnych. Opiera się na metodzie zegara molekularnego. Jej istota jest ogólnie prosta: uważa się, że mutacje kumulują się w tym samym średnim tempie (choć w niektórych przypadkach warto rozważyć istotne zmiany tej zasady). Dlatego na podstawie liczby mutacji, które wyróżniają dwie gałęzie ewolucyjne, można ocenić, jak dawno się rozeszły.
Ogólnie rzecz biorąc, wyniki uzyskane dwiema metodami (genomową i paleontologiczną) są ze sobą zgodne. Dowodzi to po raz kolejny, że nauka ogólnie poprawnie przedstawia historię życia na Ziemi. W przypadkach, w których zapis kopalny jest ubogi (jak na przykład w erze archeologicznej), metody genomiczne mogą zrekompensować brak wiedzy.
Grupa Pisaniego ponownie obliczyła tempo mutacji i zbudowała ewolucyjne drzewo życia, opierając się głównie na technikach genomicznych, ale także przy użyciu datowanych skamieniałości. Wyniki są imponujące.
Film promocyjny:
Przypomnijmy, że najstarsze skamieniałe ślady życia mają 3,95 miliarda lat. Nie oznacza to jednak, że wyniki autorów nowej pracy są sprzeczne z danymi paleontologicznymi.
Faktem jest, że prawie wszystkie skamieniałości dowolnej epoki są zakopane w skałach osadowych. Odpowiednio najstarsze ślady życia odnoszą się do najstarszych zachowanych skał osadowych na Ziemi. Oznacza to, że życie mogło istnieć znacznie wcześniej, ale nie było warunków geologicznych, aby jego ślady dotarły do naszych czasów.
Przeredagowano również kilka innych kluczowych wydarzeń ewolucyjnych. Tak więc bakterie i archeony, według obliczeń autorów, oddzieliły się nie wcześniej niż 3,4 miliarda lat temu. Eukarionty (które obejmują w szczególności wszystkie komórki wielokomórkowe) pojawiły się około 1,84 miliarda lat temu. Ostatni wspólny przodek wszystkich mitochondriów (przypomnijmy sobie, że te organelle komórkowe, zgodnie z ogólnie przyjętymi koncepcjami, były wcześniej oddzielnymi organizmami) żył 2053-1,21 miliarda lat temu.
Najbardziej rewelacyjne wyniki dotyczą oczywiście czasu życia LUCA. Oznacza to, że życie jest w rzeczywistości w tym samym wieku co Ziemia, ponieważ powstawanie planety zakończyło się około 4,5 miliarda lat temu. Niedługo potem uderzyła Theia, po czym planeta w ogóle nie miała stałej powierzchni, reprezentując ciągły ocean ziejącej ogniem lawy.
Zatem tworzenie się żywych istot z pierwotnej materii organicznej zajęło dziesiątki, co najmniej dwieście lub trzysta milionów lat. Jeśli wyniki Pisaniego i współpracowników zostaną potwierdzone, eksperci będą musieli odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób proces narodzin życia mógłby się tak szybko zakończyć.
Jednak prawdopodobieństwa błędu nie można jeszcze wykluczyć. Wspomnieliśmy już, że w metodzie zegara molekularnego istnieją ważne subtelności. Tak więc naukowcy udowodnili, że w historii życia były epoki, w których mutacje występowały znacznie częściej niż przeciętnie. Ponadto niektóre części genomu są bardziej podatne na zmiany niż inne. Ponadto niektóre organizmy mają system kontroli mutacji: przebywając w niekorzystnych warunkach, celowo przyspieszają mutagenezę „w nadziei” na uzyskanie nowej właściwości, która pozwoli im zaadaptować się do nowego środowiska. W ten sposób na przykład bakterie rozwijają oporność na antybiotyki.
Oczywiście biolodzy, stosując metodę zegara molekularnego, uwzględniają wszystkie te niuanse. Ale nikt nie może zagwarantować, że nadal nie ma czynnika zniekształcającego wyniki datowania. Obecnie eksperymentatorzy robią jedną niespodziankę po drugiej, a molekularne podstawy życia są ciągle bardziej złożone, niż sobie wyobrażaliśmy.
Anatoly Glyantsev
