Самый древний предок жизни на Земле: кто он и сколько ему лет

Все живые организмы на Земле — от бактерий до человека — связаны общей эволюционной линией. У этой линии был общий узел, который ученые называют LUCA — Last Universal Common Ancestor или последний универсальный всеобщий предок. Подробнее о нем — в материале «Рамблера».

Что такое LUCA?

LUCA не является первым организмом на Земле. в буквальном смысле этого слова. Это последняя популяция древних клеток, от которой произошли все современные формы жизни. До LUCA могли существовать и другие линии организмов, но они не оставили потомков, дошедших до наших дней.

Идея общего предка основана на сходстве базовых механизмов у всех живых существ. У бактерий, архей, растений, животных и грибов есть общий принцип хранения наследственной информации, общий генетический код, белковый синтез через рибосомы и использование АТФ как универсального источника энергии. Именно эти признаки позволяют утверждать, что современная жизнь восходит к одному общему корню. Об этом говорится в исследовании Nature Ecology & Evolution, где LUCA рассматривается как узел, от которого разошлись две главные прокариотические линии — бактерии и археи.

Почему его возраст сложно определить?

Главная трудность в том, что от LUCA не осталось прямых ископаемых. Это был микроскопический организм, живший в очень раннюю эпоху, когда Земля только становилась пригодной для устойчивой жизни. Поэтому ученым приходится восстанавливать его историю косвенно — через геномы современных организмов, древние следы микробной жизни, изотопные данные и модели молекулярных часов.

Молекулярные часы работают по принципу накопления мутаций. Если сравнить родственные гены у разных групп организмов и оценить скорость их изменений, можно приблизительно рассчитать, когда их линии разошлись. Но здесь есть проблема: чем глубже ученые уходят во времени, тем больше неопределенность. Скорость мутаций могла меняться, древние микробы обменивались генами горизонтально, а ранняя летопись Земли почти полностью стерта геологическими процессами.

Осьминоги могут захватить Землю: почему так считают ученые

Поэтому оценки возраста LUCA долго колебались. Раньше предполагаемый диапазон находился в рамках 3,5–4 млрд лет назад. Но исследование 2024 года с использованием анализа древних дупликаций генов и калибровки по микробным ископаемым и изотопным данным сдвинуло дату ближе к началу истории планеты: примерно 4,2 млрд лет назад, с доверительным интервалом около 4,09–4,33 млрд лет.

Что показало это открытие?

Земля сформировалась около 4,54 млрд лет назад. Если LUCA действительно жил примерно 4,2 млрд лет назад, получается, что сложная клеточная жизнь появилась очень рано — всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты. Это важно, потому что ранняя Земля долго считалась слишком нестабильной: сильный вулканизм, высокая температура, частые удары астероидов, формирование коры и атмосферы.

Но современные данные показывают, что условия могли стать пригодными для воды и химической эволюции раньше, чем казалось. Один из ключевых источников информации — древние цирконы из Западной Австралии. Эти минералы устойчивы к разрушению и могут сохранять химические следы среды, в которой образовались. Исследования цирконов возрастом почти 4,4 млрд лет указывают, что уже тогда на Земле могла существовать твердая кора и жидкая вода. NASA также отмечает, что такие находки приблизили возможное появление океанов к самому раннему периоду истории планеты.

Именно поэтому ранний возраст LUCA уже не выглядит невозможным. Если вода и стабильные участки коры появились быстро, у химических процессов, ведущих к жизни, было больше времени и больше подходящих сред — например, гидротермальные системы, мелководные бассейны или горячие водоемы.

Каким мог быть LUCA?

Долгое время LUCA представляли почти примитивной клеткой — чем-то минимальным, едва способным к самовоспроизведению. Новые реконструкции дают более сложную картину. По данным исследования Nature Ecology & Evolution, у LUCA мог быть геном размером не менее 2,5 млн пар оснований, кодировавший около 2600 белков. Это сопоставимо с некоторыми современными прокариотами, то есть речь идет уже о достаточно развитой клеточной системе.

Вероятно, LUCA был анаэробным организмом — то есть жил без кислорода. Это логично: свободного кислорода в атмосфере ранней Земли почти не было, он начал накапливаться значительно позже благодаря фотосинтезирующим микроорганизмам. В качестве источников энергии LUCA мог использовать химические реакции с участием водорода и углекислого газа. Исследователи предполагают, что он был близок к ацетогенам — организмам, которые получают энергию, превращая CO₂ и водород в органические соединения.

Еще одна важная деталь — возможная защита от вирусов. В работе 2024 года говорится, что у LUCA могла быть ранняя иммунная система. Это означает, что уже в древнейшей биосфере существовала борьба между клетками и вирусоподобными элементами.

Был ли LUCA единственным?

Последний универсальный всеобщий предок не обязательно был единственным организмом своего времени. Скорее всего, он жил среди других микробов, обменивался с ними веществами, конкурировал за ресурсы и, возможно, участвовал в ранних круговоротах углерода, водорода и других элементов.

Исследователи предполагают, что продукты обмена LUCA могли использовать другие микроорганизмы, например метаногены. Это значит, что уже 4,2 млрд лет назад на Земле могла существовать не просто отдельная клеточная линия, а ранняя экосистема, где одни организмы создавали условия для других. Популярное изложение этой идеи приводит Quanta Magazine: LUCA описывается как организм, живший за счет водорода и углекислого газа и уже имевший признаки сложной клеточной организации.

Это меняет масштаб вопроса. Если LUCA уже был достаточно сложным, значит, до него должна была пройти значительная эволюция: появление генетического кода, мембран, обмена веществ, механизмов копирования информации и защиты от паразитических элементов. Но когда именно — неизвестно. Одни модели допускают сравнительно короткий промежуток между появлением пригодных условий и клеточной жизнью, другие предполагают длительную стадию химической эволюции.

Ранее мы писали, что в глубинах океана найдены черные яйца неизвестных существ.