Poslední společný společný předek

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. června 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Poslední univerzální společný předek ( anglicky  last universal common ancestor , LUCA nebo last universal ancestor , LUA) je poslední populací organismů, ze které vznikly všechny organismy nyní žijící na Zemi [1] . LUCA je tedy společným předkem veškerého života na Zemi. Poslední univerzální společný předek by neměl být zaměňován s prvním živým organismem na Zemi . Předpokládá se, že LUCA žil před 3,48-4,28 miliardami let [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] (během paleoarcheanské éry), případně dokonce před 4,5 miliardami let [11] (v katarejštině ). Žádné fosilní pozůstatky LUCA se nedochovaly, takže ji lze studovat pouze porovnáním genomů . Pomocí této metody byl v roce 2016 stanoven soubor 355 genů , které byly v LUCA s určitostí přítomny [12] .

Hypotézu o existenci posledního univerzálního společného předka poprvé navrhl Charles Darwin ve své knize O původu druhů z roku 1859 [ 13] .

Důkazy života na Zemi

Nejstarším důkazem života na Zemi je biogenní grafit , nalezený v 3,7 miliardy let starých metamorfovaných sedimentárních horninách ze Západního Grónska [14] , stejně jako fosilie bakteriální rohože nalezené v pískovci v Západní Austrálii , staré 3,48 miliardy let [15] [16] . V roce 2015 byl popsán objev uhlíku potenciálně biogenního původu ve starých kamenech starých 4,1 miliardy let, ale tento nález může naznačovat jiné, než se dnes běžně věří, poměry na Zemi v té době a naznačovat dřívější původ života [17] [ 18] . V roce 2017 byl zveřejněn popis domnělých mikrobiálních fosilií starých nejméně 3,77 miliardy let a možná 4,28 miliardy let z rezavých sedimentárních hornin v Quebecu v Kanadě [19] .

Vlastnosti

Prostřednictvím analýzy domnělých potomků LUCA se ukázalo, že se jedná o malý jednobuněčný organismus , který má pravděpodobně volně plovoucí kruhovou DNA jako moderní bakterie . Carl Woese , který navrhl třídoménový systém živého světa založený na sekvencích rRNA bakterií, archeí a eukaryot , však tvrdí, že LUCA byla organizována jednodušším způsobem než předchůdci tří domén moderního života [20] .

Zatímco strukturu LUCA lze popsat pouze nejobecněji, molekulární mechanismy jejího fungování lze podrobněji rekonstruovat na základě vlastností moderních organismů [21] [22] [23] [24] .

Přenašečem dědičnosti u LUCA byla s největší pravděpodobností DNA [25] . Někteří badatelé se domnívají, že mu mohla chybět DNA a jeho genom byl zastoupen pouze RNA [26] , což potvrzuje zejména fakt, že DNA polymerázy archeí, bakterií a eukaryot spolu nesouvisí [27] . Pokud existovala DNA, pak se skládala ze stejných čtyř nukleotidů (fosforečné estery deoxyadenosinu , deoxycytidinu , deoxythymidinu a deoxyguanosinu ) jako v moderních organismech. Druhý řetězec DNA byl dokončen templátově závislým enzymem DNA polymerázou. Integrita DNA byla udržována skupinou enzymů včetně DNA topoizomerázy , DNA ligázy a dalších enzymů opravujících DNA . DNA byla chráněna proteiny vázajícími DNA jako histony . Genetický kód sestával ze tří nukleotidových kodonů s celkem 64 možnými různými kodony; protože pouze 20 aminokyselin bylo použito ke stavbě proteinů , některé aminokyseliny byly kódovány více kodony [21] [22] [23] [24] . Genová exprese byla prováděna prostřednictvím přechodné tvorby jednořetězcové RNA . RNA byla syntetizována enzymem DNA-dependentní RNA polymerázou za použití ribonukleotidů podobných nukleotidům DNA, s výjimkou thymidinu, který je v RNA nahrazen uridinem [21] [22] [23] [24] .

Geny jsou exprimovány jako proteiny sestavené z aminokyselin prostřednictvím translace messenger RNA ( mRNA ) ribozomy , transferové RNA ( tRNA ) a skupiny dalších proteinů. Ribozomy se skládaly ze dvou podjednotek: 30S (malé) a 50S (velké). Každá podjednotka se skládala z ribozomální RNA ( rRNA ) obklopené ribozomálními proteiny. Oba typy molekul RNA (tRNA a rRNA) hrály důležitou roli v katalytické aktivitě ribozomů. Pro stavbu proteinů bylo použito pouze 20 aminokyselin a pouze jejich L-izomery . Jako nosič energie byly použity molekuly ATP . Existovalo několik stovek proteinových enzymů, které katalyzovaly chemické reakce uvolňující energii z tuků , cukrů a aminokyselin, stejně jako reakce pro biosyntézu tuků, cukrů, aminokyselin a dusíkatých bází , které tvoří nukleové kyseliny [21] [22] [ 23] [24] .

Buňka obsahovala cytoplazmu složenou převážně z vody, která byla obklopena membránou představovanou lipidovou dvojvrstvou . . Uvnitř buňky byla koncentrace sodíkových iontů nižší a draslíku  - vyšší než venku. Tento gradient byl udržován iontovými kanály , také známými jako iontové pumpy. Buňka před dělením proliferovala duplikací obsahu [21] [22] [23] [24] . Buňka používala chemiosmosis k výrobě energie . Tvořil také CO 2 a oxidoval H 2 ( methanogeneze nebo acetogeneze ) prostřednictvím acetylthioetherů [ 28] [29] .

Buňka pravděpodobně žila v hlubinných hydrotermálních průduch vytvořených interakcí mořské vody s magmatem pod oceánským dnem [30] [31] .

Hypotézy

V roce 1859 vydal Charles Darwin svou knihu O původu druhů, ve které dvakrát formuloval hypotézu, že všechny formy života na Zemi mají jednoho společného předka. Když byla navržena hypotéza LUCA, kladogramy založené na genetické vzdálenosti mezi žijícími druhy ukázaly, že archaea se velmi brzy odchýlila od zbytku života. Toto tvrzení bylo formulováno na základě toho, že v té době známé archaea byly velmi odolné vůči extrémním podmínkám prostředí, jako je vysoká slanost, teplota a kyselost . To vedlo některé vědce k domněnce, že LUCA žil v biotopech podobných hlubokomořským hydrotermálním průduchům. Archaea však byly později nalezeny v méně nepřátelských prostředích a nyní se předpokládá, že jsou více příbuzné eukaryotům než bakteriím, ačkoli mnoho detailů je neznámých [32] [33] .

V roce 2010 bylo na základě sekvencí DNA organismů různých domén [34] zjištěno, že existuje jediný předek všech živých věcí. To však neznamená, že LUCA byl jediným organismem těch dávných dob: byl jedním z několika raných mikrobů [1] . Avšak ze skutečnosti, že vedle několika nukleotidů DNA a RNA používaných všemi moderními formami života jsou možné i jiné nukleotidy, téměř jistě vyplývá, že všechny organismy mají jednoho společného předka. Je neuvěřitelné, že všechny organismy pocházející z různých předků, ve kterých se organické molekuly spojily a vytvořily buněčně podobné struktury schopné horizontálního přenosu genů , navzájem nezkazily své geny a přeměnily je na nekódující oblasti. Kromě toho je chemicky možných mnohem více aminokyselin, než jaké používají moderní organismy pro syntézu bílkovin. Tento chemický důkaz naznačuje, že všechny ostatní organismy pocházejí z buněk LUCA, pouze potomci LUCA přežili paleoarcheanskou éru [35] .

V roce 1998 Carl Woese navrhl, že LUCA není jediný organismus a že genetický materiál všech živých organismů je výsledkem horizontálního přenosu genů mezi komunitami starých mikroorganismů [36] . Na úsvitu života nebylo příbuzenství tak lineární jako nyní, protože trvalo nějakou dobu, než se objevil moderní genetický kód [37] .

Vědci z University of Bristol ve Velké Británii vypočítali, že společný předek všech moderních zástupců života na Zemi (Last Universal Common Ancestor, LUCA), jehož stopy jsou zachovány v DNA naprosto všech živých organismů, žil poblíž horkých pramenů na Země a byl extrémofil před 4,52–4,47 miliardami let, ještě předtím, než před 3,9 miliardami let začalo pozdní těžké bombardování Země – krátce po srážce zemského embrya s Theiou  – „prababičkou“ Měsíce [ 11] .

Umístění kořene

Podle nejběžněji přijímaného názoru leží kořen stromu života mezi monofyletickou doménou bakterií a kladem tvořeným archaeami a eukaryoty. Tento strom je považován za tradiční strom života a je založen na studiích molekulární biologie Carla Woese [39] . Malý počet prací ukázal, že kořen stromu života leží v doméně bakterií, ve kmeni Firmicutes [40] nebo Chloroflexi , které tvoří bazální klad ve vztahu ke kombinované skupině archaea a eukaryot. , stejně jako další bakterie. Tento dohad navrhl Thomas Cavalier-Smith [41] .

Studie z roku 2016 od Williama Martina et al., založená na sekvenování 6,1 milionu genů kódujících protein z různých prokaryot , ukázala, že LUCA měla 355 z 286 514 studovaných proteinových shluků. Podle stejných údajů byl LUCA anaerobní organismus, vázající CO 2 , závislý na H 2 , měl Wood-Ljungdahlovu dráhu , byl schopen fixace N 2 a byl termofilní . Jako kofaktory použil přechodné kovy , flaviny , S-adenosylmethionin , koenzym A , ferredoxin , molybdopterin , koriny a selen . Měl nukleosidové modifikace a S-adenosylmethionin-dependentní methylaci . Tato studie ukázala, že bazální skupinou jsou metanogenní klostridie a LUCA žila v anaerobních hydrotermálních průduchech v geochemicky aktivním prostředí obohaceném vodíkem, oxidem uhličitým a železem [31] .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Theobald DL Formální test teorie univerzálních společných předků.  (anglicky)  // Nature. - 2010. - Sv. 465, č.p. 7295 . - S. 219-222. - doi : 10.1038/nature09014 . — PMID 20463738 .
  2. ↑ Doolittle WF Vykořenění stromu života.  (anglicky)  // Scientific American. - 2000. - Sv. 282, č.p. 2 . - S. 90-95. — PMID 10710791 .
  3. ↑ Borenstein, Seth . Nejstarší nalezená fosilie: Seznamte se se svou mikrobiální mámou  (13. listopadu 2013). Archivováno z originálu 29. června 2015. Staženo 25. března 2017.
  4. ↑ Noffke, N.; Christian, D.; Wacey, D.; Hazen, R. M. (prosinec 2013). "Mikrobiálně indukované sedimentární struktury zaznamenávající starověký ekosystém v ca. 3,48 miliardy let stará Dresserova formace, Pilbara, Západní Austrálie“ . Astrobiologie . 13 (12): 1103-1124. Bibcode : 2013AsBio..13.1103N . DOI : 10.1089/ast.2013.1030 . PMC  3870916 . PMID24205812  . _
  5. ↑ Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi; Nagase, Toshiro; Rosing, Minik T. (2013). „Důkaz pro biogenní grafit v raných metasedimentárních horninách Archaean Isua“. přírodní geověda . 7 (1): 25-28. Bibcode : 2014NatGe...7...25O . DOI : 10.1038/ngeo2025 .
  6. ↑ Hassenkam, T.; Andersson, poslanec; Dalby, KN; Mackenzie, DMA; Rosing, M. T. (2017). „Prvky eoarchejského života uvězněné v minerálních inkluzích“. příroda . 548 (7665): 78-81. Bibcode : 2017Natur.548...78H . DOI : 10.1038/příroda23261 . PMID  28738409 . S2CID  205257931 .
  7. ↑ Borenstein, Seth . Náznaky života na tom, co bylo považováno za pustou ranou Zemi , AP News , Associated Press  (19. října 2015). Archivováno z originálu 6. dubna 2019. Staženo 7. března 2021.
  8. ↑ Bell, Elizabeth A.; Boehnke, Patrick; Harrison, T. Mark; Mao, Wendy L. (24. listopadu 2015). „Potenciálně biogenní uhlík uchovaný ve 4,1 miliardy let starém zirkonu“ . Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 112 (47): 14518-14521. Bibcode : 2015PNAS..11214518B . DOI : 10.1073/pnas.1517557112 . ISSN  1091-6490 . PMC  4664351 . PMID26483481  . _
  9. ↑ Dodd, Matthew S.; Papineau, Dominik; Grenne, Tor; slack, John F.; Rittner, Martin; Pirajno, Franco; O'Neil, Jonathan; Little, Crispin TS (2. března 2017). „Důkazy pro časný život v nejstarších hydrotermálních srážkách na Zemi“ (PDF) . příroda . 543 (7643): 60-64. Bibcode : 2017Natur.543...60D . DOI : 10.1038/příroda21377 . PMID28252057  . _ S2CID  2420384 . Archivováno z originálu (PDF) dne 23. července 2018 . Staženo 25. června 2019 . Použitý zastaralý parametr |url-status=( nápověda )
  10. ↑ Glansdorff N. , Xu Y. , Labedan B. Poslední univerzální společný předek: vznik, konstituce a odkaz nepolapitelného genetického předchůdce.  (anglicky)  // Přímá biologie. - 2008. - Sv. 3. - S. 29. - doi : 10.1186/1745-6150-3-29 . — PMID 18613974 .
  11. ↑ 1 2 Vědci zjistili, kdy vznikl předek všech živých bytostí na Zemi Archivní kopie z 21. srpna 2018 na Wayback Machine , 20.08.2018
  12. ↑ Wade Nicholas . Seznamte se s Lucou, předkem všech živých věcí , New York Times  (25. července 2016). Archivováno z originálu 8. května 2019. Staženo 25. července 2016.
  13. ↑ Darwin, C. (1859), The Origin of Species by Means of Natural Selection , John Murray, str. 490 
  14. ↑ Ohtomo Yoko , Kakegawa Takeshi , Ishida Akizumi , Nagase Toshiro , Rosing Minik T. Důkazy pro biogenní grafit v metasedimentárních horninách rané Archaean Isua  //  Nature Geoscience. - 2013. - 8. prosince ( vol. 7 , č. 1 ). - str. 25-28 . — ISSN 1752-0894 . - doi : 10.1038/ngeo2025 .
  15. ↑ Borenstein, Seth . Nejstarší nalezená fosilie: Seznamte se se svou mikrobiální mámou  (13. listopadu 2013). Archivováno z originálu 29. června 2015. Staženo 15. listopadu 2013.
  16. ↑ Noffke N. , Christian D. , Wacey D. , Hazen R.M. Mikrobiálně indukované sedimentární struktury zaznamenávající starověký ekosystém v ca. 3,48 miliardy let stará Dresserova formace, Pilbara, Západní Austrálie.  (anglicky)  // Astrobiologie. - 2013. - Sv. 13, č. 12 . - S. 1103-1124. - doi : 10.1089/ast.2013.1030 . — PMID 24205812 .
  17. ↑ Vzrušující zprávy – Náznaky života na tom, co bylo považováno za pustou ranou Zemi . apnews.excite.com . Získáno 18. června 2016. Archivováno z originálu dne 23. října 2015.
  18. ↑ Bell EA , Boehnke P. , Harrison TM , Mao WL Potenciálně biogenní uhlík konzervovaný ve 4,1 miliardy let starém zirkonu.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2015. - Sv. 112, č.p. 47 . - S. 14518-14521. - doi : 10.1073/pnas.1517557112 . — PMID 26483481 .
  19. ↑ Dodd MS , Papineau D. , Grenne T. , Slack JF , Rittner M. , Pirajno F. , O'Neil J. , Little CT Důkazy pro raný život v nejstarších hydrotermálních srážkách na Zemi.  (anglicky)  // Nature. - 2017. - Sv. 543, č.p. 7643 . - S. 60-64. - doi : 10.1038/příroda21377 . — PMID 28252057 .
  20. ↑ Woese ČR , Kandler O. , Wheelis ML Směrem k přirozenému systému organismů: návrh domén Archaea, Bacteria a Eucarya.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - Sv. 87, č.p. 12 . - S. 4576-4579. — PMID 2112744 .
  21. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser Günter. Směrem k rekonstrukci genomů předků zarovnáním genových klastrů  //  Systematická a aplikovaná mikrobiologie. - 1998. - prosinec ( roč. 21 , č. 4 ). - str. 473-477 . — ISSN 0723-2020 . - doi : 10.1016/S0723-2020(98)80058-1 .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 Gregory, Michael Co je život? . Clinton College. Archivováno z originálu 13. prosince 2007.
  23. ↑ 1 2 3 4 5 Pace NR Univerzální povaha biochemie.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - Sv. 98, č.p. 3 . - S. 805-808. - doi : 10.1073/pnas.98.3.805 . — PMID 11158550 .
  24. ↑ 1 2 3 4 5 Wächtershäuser G. Od předbuněk k Eukaryi – příběh dvou lipidů.  (anglicky)  // Molekulární mikrobiologie. - 2003. - Sv. 47, č.p. 1 . - S. 13-22. — PMID 12492850 .
  25. ↑ Russell J. Garwood. Vzory v paleontologii: První 3 miliardy let evoluce  //  Palaeontology Online: časopis. - 2012. - Sv. 2 , ne. 11 . - str. 1-14 .
  26. ↑ Marshall, Michael Život začal planetárním megaorganismem . Nový vědec . Získáno 25. března 2017. Archivováno z originálu 25. července 2016.
  27. ↑ Replikace a transkripce DNA mohou mít společný původ • Elizaveta Minina • Vědecké zprávy o „prvcích“ • Evoluce, původ života, Molekulární biologie . Získáno 13. srpna 2020. Archivováno z originálu dne 20. srpna 2020.
  28. ↑ Martin W. , Russell MJ O původu biochemie na alkalickém hydrotermálním průduchu.  (anglicky)  // Filosofické transakce Královské společnosti v Londýně. Řada B, Biologické vědy. - 2007. - Sv. 362, č.p. 1486 . - S. 1887-1925. - doi : 10.1098/rstb.2006.1881 . — PMID 17255002 .
  29. ↑ Lane N. , Allen JF , Martin W. Jak se LUCA živil? Chemiosmóza ve vzniku života.  (anglicky)  // BioEssays: novinky a recenze v molekulární, buněčné a vývojové biologii. - 2010. - Sv. 32, č. 4 . - S. 271-280. - doi : 10.1002/bies.200900131 . — PMID 20108228 .
  30. ↑ Wade, Nicholas . Seznamte se s Lucou, praotcem všech živých věcí  (25. července 2016). Archivováno z originálu 8. května 2019. Staženo 25. března 2017.
  31. ↑ 1 2 Weiss Madeline C. , Sousa Filipa L. , Mrnjavac Natalia , Neukirchen Sinje , Roettger Mayo , Nelson-Sathi Shijulal , Martin William F. Fyziologie a stanoviště posledního univerzálního společného předka  //  Mikrobiologie přírody. - 2016. - 25. července ( díl 1 , č. 9 ). — ISSN 2058-5276 . - doi : 10.1038/NMICROBIOL.2016.116 .
  32. ↑ Xie Q. , Wang Y. , Lin J. , Qin Y. , Wang Y. , Bu W. Potenciální klíčové báze ribozomální RNA pro království specifická spektra citlivosti na antibiotika a možný archaální původ eukaryot.  (anglicky)  // Public Library of Science ONE. - 2012. - Sv. 7, č. 1 . — P. e29468. - doi : 10.1371/journal.pone.0029468 . — PMID 22247777 .
  33. ↑ Yutin N. , Makarova KS , Mekhedov SL , Wolf YI , Koonin EV Hluboké archaální kořeny eukaryot.  (anglicky)  // Molekulární biologie a evoluce. - 2008. - Sv. 25, č. 8 . - S. 1619-1630. - doi : 10.1093/molbev/msn108 . — PMID 18463089 .
  34. ↑ Steel M. , Penny D. Origins of life: Společný původ vystaven zkoušce.  (anglicky)  // Nature. - 2010. - Sv. 465, č.p. 7295 . - S. 168-169. - doi : 10.1038/465168a . — PMID 20463725 .
  35. ↑ Egel Richard. Prvotní eukaryogeneze: O společné povaze precelulárních států, předků k modernímu životu   // Život . - 2012. - 23. ledna ( vol. 2 , č. 1 ). - S. 170-212 . — ISSN 2075-1729 . - doi : 10.3390/life2010170 .
  36. ↑ Woese C. Univerzální předek.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1998. - Sv. 95, č.p. 12 . - S. 6854-6859. — PMID 9618502 .
  37. ↑ Maynard Smith, John ; Szathmary, Eörs. Hlavní přechody v evoluci  . - Oxford, Anglie: Oxford University Press , 1995. - ISBN 0-19-850294-X .
  38. ↑ Woese ČR , Kandler O. , Wheelis ML Směrem k přirozenému systému organismů: návrh domén Archaea, Bacteria a Eucarya.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1990. - Sv. 87, č.p. 12 . - S. 4576-4579. — PMID 2112744 .
  39. ↑ The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria  / Boone, David R.; Castenholz, Richard W.; Garrity, George M.. - (Bergeyův manuál systematické bakteriologie). — ISBN 978-0-387-21609-6 . - doi : 10.1007/978-0-387-21609-6 .
  40. ↑ Valas RE , Bourne PE Původ odvozeného superříše: jak grampozitivní bakterie překročila poušť, aby se stala archaeonem.  (anglicky)  // Přímá biologie. - 2011. - Sv. 6. - S. 16. - doi : 10.1186/1745-6150-6-16 . — PMID 21356104 .
  41. ↑ Cavalier-Smith T. Zakořenění stromu života pomocí přechodových analýz.  (anglicky)  // Přímá biologie. - 2006. - Sv. 1. - S. 19. - doi : 10.1186/1745-6150-1-19 . — PMID 16834776 .

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Původ života
Koncepty
Hypotézy
Studie