Последний общий предок всех живых организмов (LUCA) жил около 4,5 миллиарда лет назад, то есть он является практически ровесником планеты.
К такому неожиданному выводу пришли биологи, применив датировку методом «молекулярных часов».. Результат изложен в научной статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution группой во главе с Давиде Пизани (Davide Pisani) из Бристольского университета.
Традиционным источником информации об эволюции жизни являются, конечно, окаменелости. Но Земля – планета изменяющаяся. Эрозия, движение материков, вулканическая деятельность и другие геологические процессы постепенно стирают следы прошлого. Сведения об архейском эоне (4,0–2,5 миллиарда лет назад) крайне отрывочны. К тому же иногда и вовсе трудно понять, имеют ли найденные ископаемые биологическое происхождение.
«Проблема с ранней историей окаменелостей заключается в том, что [их количество] сильно ограничено, и [они] трудно интерпретируются. Тщательный повторный анализ некоторых из самых древних ископаемых показал, что они являются кристаллами, а не окаменелостями», – объясняет первый автор нынешнего исследования Холли Беттс (Holly Betts), также из Бристольского университета.
Однако палеонтологическая летопись – не единственный источник сведений о развитии жизни. Эволюционное древо живых организмов можно построить, исходя не только из их анатомии, но и интерпретируя код ДНК. Сходство и различия в геноме указывают на то, насколько близкородственны те или иные группы живых существ, и позволяют установить, кто от кого произошёл. Это делается примерно так же, как и с анализом окаменелостей. Только если в распоряжении палеонтологов находится ограниченное число внешних признаков, которые они могут сравнивать друг с другом, то генетики в более выигрышном положении: каждый из многих тысяч генов можно фактически считать отдельным признаком.
Генетические методы позволяют производить и датировку эволюционных событий. Она основывается на методе молекулярных часов. Суть его в общих чертах проста: считается, что мутации накапливаются с одинаковой средней скоростью (правда, в некоторых случаях стоит учитывать значимые поправки к этому правилу). Поэтому по количеству мутаций, отличающих две эволюционные ветви, можно судить о том, как давно они разошлись.
В целом результаты, полученные двумя методами (геномным и палеонтологическим), хорошо согласуются друг с другом. Это в очередной раз доказывает, что наука в общих чертах верно представляет себе историю жизни на Земле. В тех же случаях, когда ископаемая летопись бедна (как, например, в архейскую эпоху), геномные методы могут компенсировать нехватку знаний.
Группа Пизани заново подсчитала скорость образования мутаций и построила эволюционное древо жизни, опираясь в первую очередь на геномные методы, но привлекая и датированные окаменелости. Результаты получились впечатляющими.
«Используя этот подход, мы показали, что последний универсальный общий предок всех клеточных форм жизни, LUCA, относится к очень ранней истории Земли. [Он] существовал уже почти 4,5 миллиарда лет назад, вскоре после того как Земля подверглась воздействию планеты Тейи. [Последнее] событие стерилизовало Землю и привело к образованию Луны», – объясняет Пизани.
Напомним, что древнейшие ископаемые следы жизни имеют возраст 3,95 миллиарда лет. Однако это не означает, что результаты авторов новой работы вступают в противоречие с палеонтологическими данными.
Дело в том, что практически все ископаемые любых эпох захоронены в осадочных породах. Древнейшие следы жизни, соответственно, фактически относятся к старейшим на Земле сохранившимся осадочным породам. То есть жизнь могла существовать и намного раньше, но не было геологических условий для того, чтобы её следы дошли до нашего времени.
Исследователи заново датировали также и некоторые другие ключевые эволюционные события. Так, бактерии и археи, по расчётам авторов, разделились не ранее чем 3,4 миллиарда лет назад. Эукариоты (к которым относятся, в частности, все многоклеточные) появились примерно 1,84 миллиарда лет назад. Последний общий предок всех митохондрий (напомним, что эти клеточные органеллы, согласно общепризнанных представлениям, ранее были отдельными организмами) жил 2,053–1,21 миллиарда лет назад.
Самые сенсационные результаты, конечно, касаются времени существования LUCA. Они означают, что жизнь фактически является ровесницей Земли, ведь формирование планеты закончилось примерно 4,5 миллиарда лет назад. Вскоре после этого последовал удар Тейи, после которого планета вообще не имела твёрдой поверхности, представляя собой сплошной океан огнедышащей лавы.
Таким образом, на формирование живых существ из первичной органики ушли десятки, в крайнем случае две–три сотни миллионов лет. Если результаты Пизани и коллег подтвердятся, специалистам придётся ответить на вопрос, как процесс зарождения жизни мог завершиться так быстро.
Впрочем, вероятность ошибки тоже пока исключать нельзя. Мы уже упоминали, что в методе молекулярных часов есть важные тонкости. Так, учёные доказали, что в истории жизни бывали эпохи, когда мутации происходили гораздо чаще, чем в среднем. Кроме того, некоторые участки генома более подвержены изменениям, чем другие. Далее, некоторые организмы имеют систему управления мутациями: попав в неблагоприятные условия, они целенаправленно ускоряют мутагенез «в надежде» получить новое свойство, позволяющее приспособиться к новой среде. Именно так, например, бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам.
Разумеется, биологи, используя метод молекулярных часов, учитывают все эти нюансы. Но никто не может поручиться, что нет ещё какого-нибудь фактора, искажающего результаты датировки. В наше время экспериментаторы делают одно неожиданное открытие за другим, и молекулярные основы жизни постоянно оказываются сложнее, чем мы их себе представляли.
Напомним, что мы уже писали о том, как геномные методы «состарили» те или иные эволюционные события. Это касается, например, «изобретения» кислородного фотосинтеза и появления нашего вида. Не обошли мы стороной и древнейшую историю жизни, рассказав, как LUCA был воссоздан в лаборатории.
Автор: Анатолий Глянцев