גילוי סודות LUCA, צורת החיים המוקדמת ביותר של כדור הארץ

א אוניברסיטת בריסטולמחקר בהנחייתו מצא שהחיים על פני כדור הארץ, הנובעים מאב קדמון משותף בשם LUCA, פרחו זמן קצר לאחר היווצרות כוכב הלכת.

באמצעות ניתוח גנטי ומודלים אבולוציוניים, החוקרים הצביעו על קיומו של LUCA עד לפני כ-4.2 מיליארד שנים, וחשפו אותו כאורגניזם מורכב בעל מערכת חיסונית מוקדמת המשולבת במערכות האקולוגיות המוקדמות ביותר של כדור הארץ.

השרטוט הגנטי של LUCA וצאצאיו

כל מה שחי היום נובע מאב קדמון משותף אחד המכונה בחיבה LUCA (Last Universal Common Ancestor).

LUCA הוא האב הקדמון המשותף המשוער שממנו יורדים כל החיים התאיים המודרניים, מאורגניזמים חד-תאיים כמו חיידקים ועד לעצי הסקויה הענקיים (כמו גם אנו בני האדם). LUCA מייצג את שורש עץ החיים לפני שהוא מתפצל לקבוצות, המוכרות כיום, חיידקים, ארכאה ואוקריה. החיים המודרניים התפתחו מ-LUCA ממקורות שונים: אותו הדבר חומצות אמינו משמש לבניית חלבונים בכל האורגניזמים התאיים, מטבע האנרגיה המשותפת (ATP), הנוכחות של מכונות תאיות כמו הריבוזום ואחרות הקשורות לייצור חלבונים מהמידע המאוחסן ב DNAואפילו העובדה שכל החיים התאיים משתמשים ב-DNA עצמו כדרך לאחסון מידע.

שיטות מחקר ועידן LUCA

הצוות השווה את כל הגנים בגנום החיים מִיןספירת המוטציות שהתרחשו בתוך הרצפים שלהם לאורך זמן מאז שהם חלקו אב קדמון ב-LUCA.

זמן ההפרדה של מינים מסוימים ידוע מתעוד המאובנים ולכן הצוות השתמש במקבילה גנטית של המשוואה המוכרת המשמשת לחישוב מהירות בפיזיקה כדי להבין מתי היה קיים LUCA, והגיע לתשובה של לפני 4.2 מיליארד שנים, כארבעה שנים. מאה מיליון שנים לאחר היווצרות כדור הארץ ומערכת השמש שלנו.

מחברת שותפה ד"ר סנדרה אלווארז-קרטרו מבית הספר למדעי כדור הארץ של בריסטול אמרה: "לא ציפינו ש-LUCA יהיה כל כך ישן, תוך מאות מיליוני שנים בלבד מהיווצרות כדור הארץ. עם זאת, התוצאות שלנו מתאימות עם השקפות מודרניות על יכולת המגורים של כדור הארץ הקדום."

תובנות פיזיולוגיות ומודלים אבולוציוניים של LUCA

לאחר מכן, הצוות פיתח את הביולוגיה של LUCA על ידי מודל המאפיינים הפיזיולוגיים של מינים חיים בחזרה דרך אילן היוחסין של החיים ל-LUCA. המחבר הראשי ד"ר אדמונד מודי הסביר: "ההיסטוריה האבולוציונית של גנים מסובכת על ידי חילופין בין שושלות. עלינו להשתמש במודלים אבולוציוניים מורכבים כדי ליישב את ההיסטוריה האבולוציונית של הגנים עם הגנאלוגיה של המינים".

מחבר שותף ד"ר טום וויליאמס מבית הספר למדעי הביולוגיה של בריסטול אמר: "אחד היתרונות האמיתיים כאן הוא יישום גישת ההתאמה בין גנים-עץ מינים-עץ על מערך נתונים כה מגוון המייצג את התחומים העיקריים של ארכאה וחיידקים חיים. זה מאפשר לנו לומר בביטחון מסוים ולהעריך את רמת הביטחון הזו על איך LUCA חיה."

המורכבות וההשפעה הסביבתית של LUCA

מחבר שותף, פרופסור דויד פיסאני, אמר: "המחקר שלנו הראה ש-LUCA היה אורגניזם מורכב, לא שונה מדי מהפרוקריוטים המודרניים, אבל מה שבאמת מעניין הוא שברור שיש לו מערכת חיסונית מוקדמת, מה שמראה שאפילו לפני 4.2 מיליארד שנים , אבינו השתתף במרוץ חימוש עם וירוסים."

מחבר שותף טים לנטון (אוניברסיטת אקסטר, בית הספר לגיאוגרפיה) אמר "ברור ש-LUCA מנצל ומשנה את הסביבה שלה, אבל לא סביר שהיא חיה לבדה. הפסולת שלו הייתה מזון לחיידקים אחרים, כמו מתנוגנים, שהיו עוזרים ליצור מערכת אקולוגית מיחזור".

השלכות רחבות יותר של המחקר על החיים המוקדמים

"הממצאים והשיטות שיופעלו בעבודה זו יסייעו גם למחקרים עתידיים שיבדקו ביתר פירוט את האבולוציה שלאחר מכן של פרוקריוטים לאור ההיסטוריה של כדור הארץ, כולל הארכאה שנחקרה פחות עם נציגיהם המתנוגניים", הוסיפה מחברת שותפה פרופסור אנג'ה ספאנג ( המכון המלכותי הולנד לחקר הים).

מחבר שותף פרופסור פיליפ דונוהו אמר: "העבודה שלנו שואבת נתונים ושיטות ממגוון דיסציפלינות, וחושפת תובנות על כדור הארץ והחיים המוקדמים שלא ניתן היה להשיג על ידי אף דיסציפלינה אחת בלבד. זה גם מדגים באיזו מהירות הוקמה מערכת אקולוגית על כדור הארץ המוקדם. זה מצביע על כך שהחיים עשויים לפרוח בביוספרות דמויות כדור הארץ במקומות אחרים ביקום."

במחקר השתתפו גם מדענים מהמכללה האוניברסיטאית בלונדון (UCL), אוניברסיטת אוטרכט, המרכז למחקר אקולוגי בבודפשט, ומאוניברסיטת אוקינאווה למדע וטכנולוגיה.

המחקר מומן על ידי קרן ג'ון טמפלטון. הדעות המובעות בפרסום זה הן של המחבר/ים ואינן משקפות בהכרח את דעותיה של קרן ג'ון טמפלטון.