Înțelegerea modului în care viața a început și a evoluat pe Pământ reprezintă o întrebare care îi fascinează pe oameni de foarte mult timp, iar cercetătorii moderni au făcut mari progrese în ceea ce privește găsirea unor răspunsuri. Care este strămoșul tuturor formelor de viață de pe Pământ?
Un studiu recent aduce noi perspective asupra originii vieții pe Pământ. Acum aproximativ 375 de milioane de ani, strămoșii noştri îndepărtați, asemănători peștilor, foloseau branhii pentru a respira. Cu peste 600 de milioane de ani în urmă, a apărut urmetazoanul, strămoșul comun al tuturor animalelor – un organism microscopic. Însă cu miliarde de ani înainte de aceste evenimente, trebuie să fi existat strămoșul comun al tuturor organismelor vii, cunoscut sub numele de Ultimul Strămoș Comun Universal (în engleză, acronimul este LUCA, de la „last universal common ancestor”).[sursa]
Strămoșul tuturor formelor de viață de pe Pământ: LUCA
Oamenii de știință au încercat de-a lungul decadelor să identifice caracteristicile lui LUCA, formulând diferite teorii despre cum arăta și când a trăit. Primele dovezi fosile ale vieții datează de aproximativ 3,4 miliarde de ani, dar unele studii avansează ipoteza că LUCA ar fi apărut mai devreme, posibil aproape de formarea Pământului, acum 4,5 miliarde de ani. Alți cercetători consideră această posibilitate improbabilă, argumentând că ar fi fost necesar un timp mai îndelungat pentru stabilirea codului genetic și a mecanismelor de replicare a ADN-ului.[sursa]
Deși LUCA nu a fost prima formă de viață de pe Pământ, acesta este considerat organismul din care au descins toate formele de viață moderne. Este posibil ca alte forme de viață să fi existat înainte de LUCA, dar înțelegerea caracteristicilor acestui organism și a momentului în care a trăit poate oferi indicii cruciale despre evoluția vieții pe Pământ.
Reconstrucția genomului lui LUCA
Studiul recent, publicat în Nature Ecology & Evolution, utilizează o combinație de metode științifice pentru a reconstitui genomul lui LUCA și pentru a demonstra cum genele acestuia ar fi permis supraviețuirea. Proiectul reprezintă rezultatul unei colaborări internaționale, desfășurată de-a lungul mai multor ani.[studiu]
Pentru a reconstrui genomul lui LUCA, cercetătorii au utilizat un eșantion extins de genomuri din diverse grupuri de bacterii și arhee, organisme unicelulare distincte de bacterii. Această selecție a fost realizată pentru a captura diversitatea vieții moderne. Eucariotele (plantele, animalele și ciupercile) au fost excluse din studiu, deoarece se crede că au evoluat mai târziu, printr-o uniune între arhee și bacterii. În total, au fost analizate 700 de genomuri, din care 350 aparțin archaea și 350 bacteriilor, pe baza unui set curatoriat anterior în cadrul unui studiu din anul 2022.[sursa]
Genele din acest set au fost clasificate în familii distincte, pentru a înțelege funcția lor în organismele moderne. A fost utilizată baza de date KEGG pentru identificarea căilor metabolice ale organismelor, iar aceste familii de gene au fost folosite pentru a deduce arbori filogenetici, care reflectă relațiile evolutive dintre diferite specii.
Un set separat de 57 de gene comune tuturor celor 700 de organisme analizate a fost construit. Aceste gene sunt considerate a fi prezente în aproape toate formele de viață și nu au suferit modificări semnificative de-a lungul miliardelor de ani. Ele au fost utilizate pentru a crea un arbore al speciilor, care reflectă relațiile evolutive dintre organisme. Arborele de gene KEGG a fost combinat cu arborele speciilor, modelând ratele de duplicare, transfer și pierdere a genelor. Această abordare a permis calcularea probabilității ca anumite familii de gene să fi fost prezente în genomul lui LUCA.
Reconstrucția genomului lui LUCA a permis estimarea metabolismului acestui organism, oferind o imagine a modului în care ar fi funcționat în viață. LUCA este imaginat ca un organism destul de complex, similar cu bacteriile și archaea moderne, având un genom relativ mic. Totuși, nu au fost identificate dovezi care să sugereze prezența fotosintezei sau a fixării azotului, procese esențiale pentru unele bacterii și archaea moderne.
Estimarea vârstei lui LUCA
Pentru a estima vârsta lui LUCA, a fost aplicată o metodă inovatoare, utilizând gene care s-au duplicat înainte de apariția acestuia, corelate cu informații obținute din fosile. De obicei, pentru a deduce un calendar evolutiv, se construiește un arbore filogenetic bazat pe gene omoloage provenind dintr-un strămoș comun. În plus, se identifică un grup de specii înrudite la distanță (outgroup) cu specia de interes, pentru a stabili rădăcina arborelui filogenetic.
Ramurile care conectează speciile într-o filogenie conțin informații despre rata mutațiilor genetice și despre momentul în care speciile au divergențiat. Aceste informații pot fi calibrate cu ajutorul dovezilor fosile sau al datelor geologice, pentru a determina vârstele minime la care au avut loc evenimentele de speciație.
Cercetarea asupra lui LUCA întâmpină două provocări majore. În primul rând, nu există un grup extern clar definit pentru a explica originea vieții. În al doilea rând, dovezile fosile și geologice din perioada formării timpurii a Pământului sunt extrem de rare, ceea ce face dificilă calibrarea ceasului molecular.
Pentru a depăși aceste limitări, au fost utilizate gene paraloge, care sunt legate între ele prin duplicarea genelor și au fost trasate până la LUCA de către oamenii de știință. Genele paraloge se formează atunci când o specie se divide, iar fiecare ramură păstrează o copie a genei duplicate.[sursa]
Pe baza acestor date, se estimează că LUCA a trăit acum aproximativ 4,2 miliarde de ani. Dacă această estimare se apropie de realitate, înseamnă că procese fundamentale precum codul genetic, translația proteinelor și viața însăși au evoluat rapid, aproape imediat după formarea Pământului.
Este important de subliniat că reconstrucția lui LUCA nu este prima și, cu siguranță, nu va fi ultima. În fiecare an, sunt descoperite și secvențiate tot mai multe organisme, puterea de calcul a computerelor continuă să crească, iar modelele evolutive sunt într-o continuă perfecționare.
În consecință, înțelegerea lui LUCA este dinamică și se poate schimba pe măsură ce devin disponibile noi date și tehnici mai avansate.
Un aspect care trebuie avut în vedere este faptul că, în perioada în care LUCA trăia, existau probabil multe alte organisme care nu au lăsat urmași direcți până în prezent. Dacă unii dintre acești descendenți timpurii nu au supraviețuit, iar genele lor nu au fost transmise, nu va fi posibilă cartografierea completă a tuturor familiilor de gene până la strămoşul comun suprem. Acest lucru înseamnă că reconstrucția actuală a lui LUCA poate fi incompletă.
În ciuda limitărilor tehnice, acest studiu stabilește un nou cadru pentru înțelegerea lui LUCA. Totuși, rămân multe de descoperit pentru a înțelege mai bine modul în care viața a evoluat de la formarea planetei noastre, Pământ.
