Как происходила эволюция древней жизни?

Два вымерших вида - первая жизнь и LUCA - существовали, вероятнее всего, в радикально разных условиях

0

Согласно выводам недавно опубликованного исследования, жизнь на Земле могла возникнуть в условиях низких температур, и в последствии распространиться в более теплые районы. Об этом говорит анализ последовательностей генов, принадлежащих самой ранней жизни.

Вся современная жизнь на Земле происходит из двух событий в биологической истории нашей планеты. Это появление первых форм жизни миллиарды лет назад и последующая ее эволюция до последнего универсального общего предка (LUCA) всех существующих организмов.

Эти два вымерших вида — первая жизнь и LUCA — существовали, вероятнее всего, в радикально разных условиях. И это предполагает, что ранняя жизнь должна была пройти ряд эволюционных изменений, следы которых все еще можно обнаружить в живых организмах.

«На ранней стадии эволюции столкновение с резким изменением окружающей среды могло потребовать наращивание уровня сложности биологии, необходимого для существования LUCA. Это было необходимо для того, чтобы эволюционный потенциал продолжал наращиваться и позволил бы колонизировать почти каждую среду обитания на Земле в течение следующих четырех миллиардов лет», — заявил Грег Фурнье, эволюционный биолог Массачусетского технологического института в своем интервью для журнала «Astrobiology».

Фурнье и его коллега Марджори Кантин подробно рассказали о своих выводах в журнале «Истоки жизни и эволюция биосфер».

Хотя в наши дни ДНК признана основой жизни, существует теория, разделяемая многими эволюционными биологами, которая заключается в том, что первые живые существа на Земле, возможно, использовали более простую молекулу РНК. Она способна кодировать генетическую информацию, так же как и ДНК, и способна запускать жизненно важные химические реакции.

Результаты исследований

Исследователи проанализировали записи генных последовательностей, обнаруженных во всех живых организмах, живущих на Земле, включая те, которые, вероятно, похожи на самые древние организмы Земли. Это позволило им выяснить, какие из этих последовательностей имела ранняя жизнь. Затем они обратились к предыдущему исследованию, показавшему насколько хорошо эти последовательности РНК работают при изменении разных условий — температуры, кислотности и уровня излучения. Это помогло определить, как могла бы выглядеть окружающая среда самой ранней жизни на Земле.

Ультрафиолетовый свет может повредить РНК, но, возможно, он мог также стимулировать химические реакции, которые помогли создать ключевые строительные блоки жизни. Во время возникновения жизни, приблизительно 4,4 миллиарда лет назад, Солнце испускало гораздо больше ультрафиолетового излучения, чем сейчас. Ученые предположили, что жизнь впервые возникла у поверхности Земли под неким радиационным щитом. Это могли быть вода, лед, осадки или другие барьеры. При этом жизнь имела доступ к незащищенным средам, в которых могли бы генерироваться ключевые биомолекулы.

Температура на Земле, возможно, в то время была относительно низкой. Молодое Солнце было достаточно прохладным, и этого было достаточно для образования значительного количества морского льда. Легкие аминокислоты (строительные блоки белков) и длинные молекулы РНК собирались именно при таких прохладных температурах. Кроме того, ледяные поверхности и слякоть могли помочь собрать сконцентрированные биомолекулы вместе, чтобы способствовать возникновению жизни.

Общий предок LUCA

Однако последний универсальный общий предок — микробный вид, от которого происходит вся жизнь на нашей планете возможно, жил при умеренных температурах. Ученые могут предположить, кем был LUCA, изучая существующие на сегодняшний день гены земных организмов. Анализируя то, как эти гены изменялись в ходе эволюции, и делая выводы о том, какими были древние версии этих генов. Ученые выяснили, что последовательности ДНК, составляющие примерно 600 генов LUCA и аминокислот, составляющих его белки, обычно наиболее стабильны при умеренных температурах.

«Основываясь на работах, проделанных до нас, мы предполагаем, что жизнь распространилась и адаптировалась к новым условиям в самом начале своей истории», — говорит соавтор исследования Марджори Кантин, геобиолог из Массачусетского технологического института.

Ученые также предположили, что LUCA жил на поверхности Земли, в отличие от других исследований, которые утверждали, что LUCA жил вокруг глубоководных гидротермальных источников. Если бы LUCA действительно возник на поверхности Земли, то он, вероятно, обладал генами, которые компенсировали повреждения, вызываемые ультрафиолетовым излучением.

Исследователи предположили, что, поскольку жизнь, по-видимому, возникла в совершенно иной среде, чем та, в которой жил LUCA, ранние организмы, вероятно, эволюционировали, чтобы выдержать радикальные изменения в окружающей среде. Катализатором этих событий могла стать поздняя тяжелая бомбардировка, во время которой множество астероидов и комет столкнулись с Землей и другими планетами внутренней Солнечной системой. При этом образовалась континентальная кора, и на поверхности Земли появилось много жидкой воды.

Ключевая ранняя адаптация, вероятно, включала развитие клетки, то есть локализацию организма в клеточной мембране. Возникшая клеточная структура была критически важна для выживания организмов в условиях изменения первоначальных условий.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотите Принять Прочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: