Ultimul strămoș comun universal

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 28 iunie 2022; verificările necesită 2 modificări .

Ultimul strămoș universal universal ( în engleză  last universal common ancestor , LUCA, sau last universal ancestor , LUA) este ultima populație de organisme din care provin toate organismele care trăiesc acum pe Pământ [1] . Astfel, LUCA este strămoșul comun al întregii vieți de pe Pământ. Ultimul strămoș comun universal nu trebuie confundat cu primul organism viu de pe Pământ . Se crede că LUCA a trăit acum 3,48-4,28 miliarde de ani [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] (în Paleoarheanepoca), sau poate chiar acum 4,5 miliarde de ani [11] (în Catarhean ). Nicio rămășiță fosilă de LUCA nu a supraviețuit, așa că poate fi studiat doar prin compararea genomurilor . Folosind această metodă, în 2016, a fost determinat un set de 355 de gene care erau prezente cu siguranță în LUCA [12] .

Ipoteza existenței unui ultim strămoș comun universal a fost propusă pentru prima dată de Charles Darwin în cartea sa din 1859 Despre originea speciilor [13] .

Dovezi ale vieții pe Pământ

Cea mai veche dovadă a vieții pe Pământ este grafitul biogenic , găsit în roci sedimentare metamorfozate vechi de 3,7 miliarde de ani din vestul Groenlandei [14] , precum și fosile de mat bacteriene găsite în gresie din Australia de Vest , vechi de 3,48 miliarde de ani [15] [16] . În 2015, a fost descrisă descoperirea carbonului de origine potențial biogenă în pietre antice în vârstă de 4,1 miliarde de ani, dar această descoperire poate indica alte condiții decât se crede în mod obișnuit acum, condițiile de pe Pământ la acel moment și indică o origine anterioară a vieții [17] [ 18] . În 2017, a fost publicată o descriere a unor presupuse fosile microbiene vechi de cel puțin 3,77 miliarde de ani și, posibil, de 4,28 miliarde de ani, din roci sedimentare ruginite din Quebec , Canada [19] .

Proprietăți

Prin analiza urmașilor presupusi ai LUCA, s-a arătat că acesta era un organism mic, unicelular , probabil să aibă ADN circular care plutește liber ca bacteriile moderne . Cu toate acestea, Carl Woese , care a propus un sistem cu trei domenii ale lumii vii, bazat pe secvențele de ARNr ale bacteriilor, arheilor și eucariotelor , susține că LUCA a fost organizat într-un mod mai simplu decât strămoșii celor trei domenii ale vieții moderne [20] .

În timp ce structura LUCA poate fi descrisă doar în termenii cei mai generali, mecanismele moleculare ale funcționării sale pot fi reconstruite mai detaliat pe baza proprietăților organismelor moderne [21] [22] [23] [24] .

Purtătorul eredității în LUCA a fost cel mai probabil ADN-ul [25] . Unii cercetători cred că ar fi putut lipsi ADN-ul, iar genomul său a fost reprezentat doar de ARN [26] , ceea ce este confirmat în special de faptul că ADN-polimerazele arheilor, bacteriilor și eucariotelor nu au legătură între ele [27] . Dacă a existat ADN, atunci acesta constă din aceleași patru nucleotide (esteri fosforici ai deoxiadenozinei , deoxicitidinei , deoxitimidină și deoxiguanozinei ) ca și în organismele moderne. A doua catenă de ADN a fost completată de enzima ADN polimerază dependentă de șablon. Integritatea ADN-ului a fost menținută de un grup de enzime, inclusiv topoizomeraza ADN , ligaza ADN și alte enzime de reparare a ADN-ului . ADN-ul a fost protejat de proteine ​​de legare la ADN cum ar fi histonele . Codul genetic a constat din trei codoni nucleotidici , cu un total de 64 de codoni diferiți posibili; deoarece numai 20 de aminoacizi au fost utilizați pentru a construi proteine , unii aminoacizi au fost codificați de mai mulți codoni [21] [22] [23] [24] . Expresia genei a fost realizată prin formarea intermediară de ARN monocatenar . ARN-ul a fost sintetizat de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN folosind ribonucleotide similare nucleotidelor ADN, cu excepția timidinei, care în ARN este înlocuită cu uridină [21] [22] [23] [24] .

Genele sunt exprimate ca proteine ​​asamblate din aminoacizi prin translația ARN mesager ( ARNm ) de către ribozomi , ARN de transfer ( ARNt ) și un grup de alte proteine. Ribozomii constau din două subunități: 30S (mici) și 50S (mari). Fiecare subunitate a constat din ARN ribozomal ( ARNr ) înconjurat de proteine ​​ribozomale. Ambele tipuri de molecule de ARN (ARNt și ARNr) au jucat un rol important în activitatea catalitică a ribozomilor. Doar 20 de aminoacizi au fost folosiți pentru a construi proteine ​​și numai izomerii lor L. Moleculele de ATP au fost folosite ca purtător de energie . Au existat câteva sute de enzime proteice care au catalizat reacții chimice care eliberează energie din grăsimi , zaharuri și aminoacizi, precum și reacții pentru biosinteza grăsimilor, zaharurilor, aminoacizilor și bazelor azotate care alcătuiesc acizii nucleici [21] [22] [ 23] [24] .

Celula conținea o citoplasmă compusă în principal din apă, care era înconjurată de o membrană reprezentată de un dublu strat lipidic . . În interiorul celulei, concentrația ionilor de sodiu a fost mai mică, iar potasiul  - mai mare decât în ​​exterior. Acest gradient a fost menținut de canalele ionice , cunoscute și sub numele de pompe ionice. Celula a proliferat prin duplicarea conținutului înainte de divizare [21] [22] [23] [24] . Celula a folosit chemiosmoza pentru a genera energie . De asemenea, a format CO 2 și a oxidat H 2 ( metanogeneză sau acetogeneză ) prin acetil tioeteri [28] [29] .

Celula probabil a trăit în gurile hidrotermale de adâncime formate prin interacțiunea apei mării cu magma sub fundul oceanului [30] [31] .

Ipoteze

În 1859, Charles Darwin și-a publicat cartea Despre originea speciilor, în care a formulat de două ori ipoteza că toate formele de viață de pe Pământ au un strămoș comun. Când a fost propusă ipoteza LUCA, cladogramele bazate pe distanța genetică dintre speciile vii au arătat că arheile s-au separat foarte devreme de restul vieții. Această afirmație a fost formulată pe baza faptului că arheile cunoscute la acea vreme erau foarte rezistente la condițiile extreme de mediu, cum ar fi salinitatea ridicată, temperatura și aciditatea . Acest lucru i-a făcut pe unii oameni de știință să creadă că LUCA a trăit în habitate similare cu gurile hidrotermale de adâncime. Cu toate acestea, arheile au fost găsite mai târziu în medii mai puțin ostile și acum se crede că sunt mai mult legate de eucariote decât de bacterii, deși multe detalii sunt necunoscute [32] [33] .

În 2010, pe baza secvențelor de ADN ale organismelor din diverse domenii [34] , s-a stabilit că există un singur strămoș al tuturor viețuitoarelor. Totuși, acest lucru nu înseamnă că LUCA a fost singurul organism al acelor timpuri străvechi: a fost unul dintre câțiva microbi timpurii [1] . Cu toate acestea, din faptul că, împreună cu mai multe nucleotide de ADN și ARN utilizate de toate formele de viață moderne, sunt posibile și alte nucleotide, rezultă aproape sigur că toate organismele au un strămoș comun. Este incredibil că toate organismele descind din strămoși diferiți, în care moleculele organice s-au combinat pentru a forma structuri asemănătoare celulelor capabile de transferul orizontal al genelor , nu s-au stricat reciproc genele, transformându-le în regiuni necodante. În plus, sunt posibili din punct de vedere chimic mult mai mulți aminoacizi decât cei folosiți de organismele moderne pentru sinteza proteinelor. Aceste dovezi chimice sugerează că toate celelalte organisme au descins din celulele LUCA, doar descendenții LUCA supraviețuind epocii paleoarheice [35] .

În 1998, Carl Woese a sugerat că LUCA nu era un singur organism și că materialul genetic al tuturor organismelor vii este rezultatul transferului orizontal de gene între comunitățile de microorganisme antice [36] . În zorii vieții, rudenia nu era atât de liniară ca acum, pentru că a fost nevoie de timp pentru ca codul genetic modern să apară [37] .

Oamenii de știință de la Universitatea din Bristol din Marea Britanie au calculat că strămoșul comun al tuturor reprezentanților moderni ai vieții de pe Pământ (Last Universal Common Ancestor, LUCA), ale cărui urme sunt păstrate în ADN-ul absolut al tuturor organismelor vii, a trăit lângă izvoarele termale pe aterizat și a fost extremofil acum 4,52—4,47 miliarde de ani, chiar înainte ca bombardamentul puternic al Pământului să înceapă cu 3,9 miliarde de ani în urmă - la scurt timp după ciocnirea embrionului Pământului cu Theia  - „străbunica” Lunii [ 11] .

Locația rădăcină

Conform punctului de vedere cel mai frecvent acceptat, rădăcina arborelui vieții se află între domeniul monofiletic al bacteriilor și clada formată din arhee și eucariote. Acest arbore este considerat arborele tradițional al vieții și se bazează pe studiile de biologie moleculară ale lui Carl Woese [39] . Un număr mic de lucrări au arătat că rădăcina arborelui vieții se află în domeniul bacteriilor, în fila Firmicutes [40] sau Chloroflexi , care constituie o cladă bazală în raport cu grupul combinat de arhei și eucariote. , precum și alte bacterii. Această presupunere a fost propusă de Thomas Cavalier-Smith [41] .

Un studiu din 2016 al lui William Martin și colab., bazat pe secvențierea a 6,1 milioane de gene care codifică proteine ​​din diferite procariote , a arătat că LUCA avea 355 din cele 286.514 grupuri de proteine ​​studiate. Conform acelorași date, LUCA era un organism anaerob , fixator de CO2 , dependent de H2 , poseda calea Wood-Ljungdahl , era capabil de fixare a N2 și termofil . El a folosit ca cofactori metale de tranziție , flavine , S-adenosilmetionina , coenzima A , ferredoxină , molibdopterina , corine și seleniu . A avut modificări nucleozide și metilare dependentă de S-adenosilmetionină . Acest studiu a arătat că clostridiile metanogene sunt grupul bazal , iar LUCA a trăit în gurile hidrotermale anaerobe într-un mediu activ geochimic îmbogățit cu hidrogen, dioxid de carbon și fier [31] .

Note

  1. ↑ 1 2 Theobald DL Un test formal al teoriei ascendenței comune universale.  (engleză)  // Natură. - 2010. - Vol. 465, nr. 7295 . - P. 219-222. - doi : 10.1038/nature09014 . — PMID 20463738 .
  2. ↑ Doolittle WF Dezrădăcinarea arborelui vieții.  (engleză)  // Scientific American. - 2000. - Vol. 282, nr. 2 . - P. 90-95. — PMID 10710791 .
  3. ↑ Borenstein, Seth . Cea mai veche fosilă găsită: Întâlnește-ți mama microbiană  (13 noiembrie 2013). Arhivat din original pe 29 iunie 2015. Preluat la 25 martie 2017.
  4. ↑ Noffke, N.; Christian, D.; Wacey, D.; Hazen, R.M. (decembrie 2013). „Structuri sedimentare induse microbian care înregistrează un ecosistem antic în cca. Dresser Formation veche de 3,48 miliarde de ani, Pilbara, Australia de Vest” . Astrobiologie . 13 (12): 1103-1124. Cod biblic : 2013AsBio..13.1103N . DOI : 10.1089/ast.2013.1030 . PMC 3870916 . PMID24205812 . _  
  5. ↑ Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi; Nagase, Toshiro; Rosing, Minik T. (2013). „Dovezi pentru grafitul biogenic în rocile metasedimentare Isua arheene timpurii”. geoștiința naturii . 7 (1): 25-28. Bibcode : 2014NatGe...7...25O . DOI : 10.1038/ngeo2025 .
  6. ↑ Hassenkam, T.; Andersson, deputat; Dalby, KN; Mackenzie, DMA; Rosing, M.T. (2017). „Elemente ale vieții Eoarheice prinse în incluziuni minerale”. natura . 548 (7665): 78-81. Bibcode : 2017Natur.548...78H . DOI : 10.1038/nature23261 . PMID  28738409 . S2CID  205257931 .
  7. ↑ Borenstein, Seth . Indicii de viață pe ceea ce se credea a fi dezolat Pământul timpuriu , AP News , Associated Press  (19 octombrie 2015). Arhivat din original pe 6 aprilie 2019. Preluat la 7 martie 2021.
  8. ↑ Bell, Elizabeth A.; Boehnke, Patrick; Harrison, T. Mark; Mao, Wendy L. (24 noiembrie 2015). „Carbon potențial biogen conservat într-un zircon vechi de 4,1 miliarde de ani” . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 112 (47): 14518-14521. Bibcode : 2015PNAS..11214518B . DOI : 10.1073/pnas.1517557112 . ISSN  1091-6490 . PMC  4664351 . PMID26483481  . _
  9. ↑ Dodd, Matthew S.; Papineau, Dominic; Grenne, Tor; slăbănog, John F.; Rittner, Martin; Pirajno, Franco; O'Neil, Jonathan; Little, Crispin TS (2 martie 2017). „Dovezi pentru viața timpurie în cele mai vechi precipitații hidrotermale ale Pământului” (PDF) . natura . 543 (7643): 60-64. Bibcode : 2017Natur.543...60D . DOI : 10.1038/nature21377 . PMID28252057  . _ S2CID  2420384 . Arhivat din original (PDF) la 23 iulie 2018 . Preluat la 25 iunie 2019 . Parametrul depreciat folosit |url-status=( ajutor )
  10. ↑ Glansdorff N. , Xu Y. , Labedan B. Ultimul strămoș comun universal: apariția, constituția și moștenirea unui precursor genetic evaziv.  (engleză)  // Biologie directă. - 2008. - Vol. 3. - P. 29. - doi : 10.1186/1745-6150-3-29 . — PMID 18613974 .
  11. ↑ 1 2 Oamenii de știință au aflat când a apărut strămoșul tuturor ființelor vii de pe Pământ . Copie de arhivă din 21 august 2018 la Wayback Machine , 20.08.2018
  12. ↑ Wade Nicholas . Faceți cunoștință cu Luca, strămoșul tuturor lucrurilor vii , New York Times  (25 iulie 2016). Arhivat din original pe 8 mai 2019. Preluat la 25 iulie 2016.
  13. ↑ Darwin, C. (1859), The Origin of Species by Means of Natural Selection , John Murray, p. 490 
  14. ↑ Ohtomo Yoko , Kakegawa Takeshi , Ishida Akizumi , Nagase Toshiro , Rosing Minik T. Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks  //  Nature Geoscience. - 2013. - 8 decembrie ( vol. 7 , nr. 1 ). - P. 25-28 . — ISSN 1752-0894 . - doi : 10.1038/ngeo2025 .
  15. ↑ Borenstein, Seth . Cea mai veche fosilă găsită: Întâlnește-ți mama microbiană  (13 noiembrie 2013). Arhivat din original pe 29 iunie 2015. Consultat la 15 noiembrie 2013.
  16. ↑ Noffke N. , Christian D. , Wacey D. , Hazen R.M. Structuri sedimentare induse microbian care înregistrează un ecosistem antic în ca. Formația Dresser veche de 3,48 miliarde de ani, Pilbara, Australia de Vest.  (engleză)  // Astrobiologie. - 2013. - Vol. 13, nr. 12 . - P. 1103-1124. - doi : 10.1089/ast.2013.1030 . — PMID 24205812 .
  17. ↑ Excite News - Indicii de viață pe ceea ce se credea a fi pustiu Pământul timpuriu . apnews.excite.com . Consultat la 18 iunie 2016. Arhivat din original la 23 octombrie 2015.
  18. ↑ Bell EA , Boehnke P. , Harrison TM , Mao WL Carbone potențial biogen conservat într-un zircon vechi de 4,1 miliarde de ani.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2015. - Vol. 112, nr. 47 . - P. 14518-14521. - doi : 10.1073/pnas.1517557112 . — PMID 26483481 .
  19. ↑ Dodd MS , Papineau D. , Grenne T. , Slack JF , Rittner M. , Pirajno F. , O'Neil J. , Little CT Evidence for early life in Earth's old's wind hydrotermal vent precipitations.  (engleză)  // Natură. - 2017. - Vol. 543, nr. 7643 . - P. 60-64. - doi : 10.1038/nature21377 . — PMID 28252057 .
  20. ^ Woese CR , Kandler O. , Wheelis ML Spre un sistem natural de organisme: propunere pentru domeniile Archaea, Bacteria și Eucarya. (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - Vol. 87, nr. 12 . - P. 4576-4579. — PMID 2112744 .  
  21. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser Günter. Către o reconstrucție a genomurilor ancestrale prin aliniere a grupurilor de gene  //  Microbiologie sistematică și aplicată. - 1998. - Decembrie ( vol. 21 , nr. 4 ). - P. 473-477 . — ISSN 0723-2020 . - doi : 10.1016/S0723-2020(98)80058-1 .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 Gregory, Michael Ce este viața? . Colegiul Clinton. Arhivat din original pe 13 decembrie 2007.
  23. ↑ 1 2 3 4 5 Pace NR Natura universală a biochimiei.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - Vol. 98, nr. 3 . - P. 805-808. - doi : 10.1073/pnas.98.3.805 . — PMID 11158550 .
  24. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser G. De la pre-celule la Eukarya--o poveste despre două lipide.  (engleză)  // Microbiologie moleculară. - 2003. - Vol. 47, nr. 1 . - P. 13-22. — PMID 12492850 .
  25. ↑ Russell J. Garwood. Modele în paleontologie: primii 3 miliarde de ani de evoluție  //  Paleontology Online : jurnal. - 2012. - Vol. 2 , nr. 11 . - P. 1-14 .
  26. ↑ Marshall, Michael Viața a început cu un mega-organism planetar . Un nou om de știință . Preluat la 25 martie 2017. Arhivat din original la 25 iulie 2016.
  27. ↑ Replicarea și transcripția ADN-ului pot avea o origine comună • Elizaveta Minina • Știri științifice despre „Elemente” • Evoluție, Originea vieții, Biologie moleculară . Preluat la 13 august 2020. Arhivat din original la 20 august 2020.
  28. ↑ Martin W. , Russell MJ Despre originea biochimiei la un aerisire hidrotermală alcalină.  (engleză)  // Tranzacții filozofice ale Societății Regale din Londra. Seria B, Științe biologice. - 2007. - Vol. 362, nr. 1486 . - P. 1887-1925. - doi : 10.1098/rstb.2006.1881 . — PMID 17255002 .
  29. ↑ Lane N. , Allen JF , Martin W. Cum și-a câștigat existența LUCA? Chemiosmoza la originea vieții.  (engleză)  // BioEssays: știri și recenzii în biologie moleculară, celulară și de dezvoltare. - 2010. - Vol. 32, nr. 4 . - P. 271-280. - doi : 10.1002/bies.200900131 . — PMID 20108228 .
  30. ↑ Wade, Nicholas . Faceți cunoștință cu Luca, strămoșul tuturor viețuitoarelor  (25 iulie 2016). Arhivat din original pe 8 mai 2019. Preluat la 25 martie 2017.
  31. ↑ 1 2 Weiss Madeline C. , Sousa Filipa L. , Mrnjavac Natalia , Neukirchen Sinje , Roettger Mayo , Nelson-Sathi Shijulal , Martin William F. Fiziologia și habitatul ultimului strămoș comun universal  //  Microbiologia naturii. - 2016. - 25 iulie ( vol. 1 , nr. 9 ). — ISSN 2058-5276 . - doi : 10.1038/NMICROBIOL.2016.116 .
  32. ↑ Xie Q. , Wang Y. , Lin J. , Qin Y. , Wang Y. , Bu W. Potențiale baze cheie ale ARN-ului ribozomal la spectrele specifice regnului de susceptibilitate la antibiotice și posibila origine arheală a eucariotelor.  (Engleză)  // Public Library of Science ONE. - 2012. - Vol. 7, nr. 1 . — P. e29468. - doi : 10.1371/journal.pone.0029468 . — PMID 22247777 .
  33. ↑ Yutin N. , Makarova KS , Mekhedov SL , Wolf YI , Koonin EV The deep archaeal roots of eukaryotes.  (Engleză)  // Biologie moleculară și evoluție. - 2008. - Vol. 25, nr. 8 . - P. 1619-1630. - doi : 10.1093/molbev/msn108 . — PMID 18463089 .
  34. ↑ Steel M. , Penny D. Origins of life: Common ascendence put the test.  (engleză)  // Natură. - 2010. - Vol. 465, nr. 7295 . - P. 168-169. - doi : 10.1038/465168a . — PMID 20463725 .
  35. ↑ Egel Richard. Eucariogeneza primară: despre natura comunală a statelor precelulare, ancestrală vieții moderne   // Viața . - 2012. - 23 ianuarie ( vol. 2 , nr. 1 ). - P. 170-212 . — ISSN 2075-1729 . - doi : 10.3390/life2010170 .
  36. ↑ Woese C. Strămoșul universal.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1998. - Vol. 95, nr. 12 . - P. 6854-6859. — PMID 9618502 .
  37. ↑ Maynard Smith, John ; Szathmary, Eörs. Tranzițiile majore în evoluție  . - Oxford, Anglia: Oxford University Press , 1995. - ISBN 0-19-850294-X .
  38. ^ Woese CR , Kandler O. , Wheelis ML Spre un sistem natural de organisme: propunere pentru domeniile Archaea, Bacteria și Eucarya. (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - Vol. 87, nr. 12 . - P. 4576-4579. — PMID 2112744 .  
  39. ↑ The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria  / Boone, David R.; Castenholz, Richard W.; Garrity, George M.. - (Manualul lui Bergey de bacteriologie sistematică). — ISBN 978-0-387-21609-6 . - doi : 10.1007/978-0-387-21609-6 .
  40. ↑ Valas RE , Bourne PE Originea unui superregat derivat: cum o bacterie gram-pozitivă a traversat deșertul pentru a deveni un arheon.  (engleză)  // Biologie directă. - 2011. - Vol. 6. - P. 16. - doi : 10.1186/1745-6150-6-16 . — PMID 21356104 .
  41. ↑ Cavalier-Smith T. Înrădăcinarea arborelui vieții prin analize de tranziție.  (engleză)  // Biologie directă. - 2006. - Vol. 1. - P. 19. - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Originea vieții
Concepte
Ipoteze
Studiu