تمثيل رقمي يوضح أنه حتى قبل 4.2 مليار سنة، كان LUCA يتعرض لهجوم الفيروسات. الائتمان: التصميم الجرافيكي العلمي
أ جامعة بريستولتظهر الدراسة التي أجراها أن الحياة على الأرض تطورت من سلف مشترك يسمى LUCA، والذي ازدهر بعد وقت قصير من تشكل الكوكب.
من خلال التحليل الجيني والنمذجة التطورية، حدد الباحثون وجود LUCA منذ حوالي 4.2 مليار سنة، وكشفوا عنه ككائن حي معقد مع جهاز مناعي مبكر متكامل مع النظم البيئية المبكرة للأرض.
الخريطة الجينية لـ LUCA ومشتقاته
كل شيء على قيد الحياة اليوم ينحدر من سلف مشترك يُعرف باسم LUCA (آخر سلف مشترك عالمي).
LUCA هو السلف المشترك الذي نشأت منه كل أشكال الحياة الخلوية الحديثة، من الكائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا إلى أشجار الخشب الأحمر العملاقة (ونحن البشر). تمثل LUCA جذر شجرة الحياة قبل أن تنقسم إلى المجموعات المعروفة اليوم باسم البكتيريا، والعتائق، وحقيقيات النوى. تطورت الحياة الحديثة من مصادر مختلفة ومختلفة من لوكا: نفس الشيء أحماض أمينية تُستخدم عملة الطاقة المشتركة (ATP) لصنع البروتينات في جميع الكائنات الخلوية، وترتبط بوجود الآلات الخلوية مثل الريبوسوم وصنع البروتينات من المعلومات المخزنة. الحمض النوويوتستخدم كل أشكال الحياة الخلوية الحمض النووي كوسيلة لتخزين المعلومات.
طرق البحث وعمر LUCA
وقام الفريق بمقارنة جميع الجينات الموجودة في الجينوم الحي صِنفحساب الطفرات ضمن تسلسلاتها مع مرور الوقت منذ أن تقاسموا سلفًا في LUCA.
الوقت الذي تباعدت فيه بعض الأنواع معروف من السجل الأحفوري، لذلك استخدم الفريق المعادلة الجينية، وهي معادلة مألوفة تستخدم لحساب السرعة في الفيزياء، للحصول على الإجابة عندما كان LUCA موجودًا، قبل 4.2 مليار سنة. بعد مائة مليون سنة من تشكل الأرض ونظامنا الشمسي.
كلية بريستول لعلوم الأرض أستاذ مشارك د. وقالت ساندرا ألفاريز كاريتيرو: “في غضون مئات الملايين من السنين منذ تشكل الأرض، لم نتوقع أن يكون LUCA قديمًا إلى هذا الحد. ومع ذلك، فإن نتائجنا تتناسب مع وجهات النظر الحديثة حول صلاحية الأرض للسكن في وقت مبكر.
الرؤى الفسيولوجية والنمذجة التطورية لـ LUCA
بعد ذلك، قام الفريق بنمذجة بيولوجيا LUCA، وتتبع الخصائص الفسيولوجية للكائنات الحية من خلال نسب الحياة إلى LUCA. المؤلف الرئيسي د. وأوضح إدموند مودي: “إن التاريخ التطوري للجينات معقد بسبب الانتقال بين الأنساب. ويجب استخدام النماذج التطورية المعقدة للتوفيق بين التاريخ التطوري للجينات ووراثة الكائنات الحية.
وقال المؤلف المشارك الدكتور توم ويليامز، من كلية بريستول للعلوم البيولوجية: “إن إحدى المزايا الحقيقية هنا هي تطبيق نهج التوفيق بين الأشجار والأنواع والأشجار على مجموعة بيانات متنوعة تمثل المجالات الرئيسية للحياة: العتائق والبكتيريا”. يسمح
التعقيد والأثر البيئي لـ LUCA
وقال المؤلف المشارك البروفيسور ديفيد بيساني: “تظهر دراستنا أن لوكا كائن معقد، لا يختلف كثيرا عن بدائيات النوى الحديثة، ولكن المثير للاهتمام حقا هو أنه من الواضح أنه كان لديه نظام مناعة مبكر، حتى قبل 4.2 مليار سنة، عندما كان أسلافنا منخرطين في سباق تسلح مع الفيروسات.
قال المؤلف المشارك تيم لينتون (جامعة إكستر، كلية الجيولوجيا): “من الواضح أن لوكا يستغل بيئته، لكن من غير المرجح أنه عاش بمفرده. كان من الممكن أن تكون نفاياته غذاءً لميكروبات أخرى، مثل مولدات الميثان، والتي كان من الممكن أن تكون ساعد في إنشاء نظام بيئي لإعادة التدوير.
الآثار الواسعة لدراسة الحياة المبكرة
وقالت المؤلفة المشاركة البروفيسور أنجا سبونج: “إن النتائج والأساليب المستخدمة في هذا العمل ستُبلغ الدراسات المستقبلية التي تنظر عن كثب إلى التطور اللاحق لبدائيات النوى في ضوء تاريخ الأرض، بما في ذلك العتائق التي لم تتم دراستها إلى جانب نظيراتها المولدة للميثان”. المعهد الملكي الهولندي للبحوث البحرية).
وقال المؤلف المشارك البروفيسور فيليب دونوغو: “إن عملنا يجمع البيانات والأساليب من تخصصات متعددة، ويكشف عن رؤى حول نشأة الأرض المبكرة والحياة التي لا يمكن تحقيقها بواسطة أي تخصص بمفرده. كما يوضح مدى سرعة إنشاء النظام البيئي على سطح الأرض”. الأرض المبكرة يشير هذا إلى أن الحياة يمكن أن تزدهر في محيطات حيوية شبيهة بالأرض.
المرجع: إدموند آر آر مودي، ساندرا ألفاريز-كاريتيرو، تارا أ. ماهيندراراجا، جيمس دبليو. كلارك، هولي ج. “طبيعة السلف المشترك العالمي الأخير وآثارها على نظام الأرض المبكر” بقلم بيتس، نينا دومبروفسكي، ليونارد إل. شانتو، ريتشارد أ. بويل، ستيوارت داينز، جي تشن، نيك لين، تشنغ يانغ، غراهام أ. شيلدز، جيركلي ج. سزولوسي، أنجا سبونج، ديفيد بيساني، توم أ. ويليامز، تيموثي م. لينتون، فيليب. 12 يوليو 2024, البيئة الطبيعية والتطور.
دوى: 10.1038/s41559-024-02461-1
وشملت الدراسة أيضًا علماء من جامعة كوليدج لندن (UCL)، وجامعة أوتريخت، ومركز البحوث البيئية في بودابست، وجامعة أوكيناوا للدراسات العليا للعلوم والتكنولوجيا.
تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة جون تمبلتون. الآراء الواردة في هذا المنشور هي آراء المؤلف (المؤلفين) ولا تعكس بالضرورة آراء مؤسسة جون تمبلتون.