LUCA: Senast universell gemensam förfader av allt liv uppstod 3.9B år sedan

För omkring 4,5 miljarder år sedan kraschade en proto-planet Theia kraschade i jorden, som födde vår måne. En relativt kort tid senare ägde rum en monumental födelse av en annan sort. Enligt ett papper som släpptes måndag i Natur Ekologi & Evolution, den fortfarande oidentifierade mikroben som forskare tror är förfader till allt cellliv på jorden föddes någon gång före 3,9 miljarder år sedan. Som det visar sig trodde den sista universella gemensamma förfader - LUCA för korta - ännu tidigare än vetenskapsmän en gång trodde.

Forskare hängde tidigare LUCA: s födelse till en period på 3,5-3,8 miljarder år sedan, men det nya beviset som undersöktes i studien tyder på att det hände hundra miljoner år tidigare. Forskarna från universiteten i Bristol och Bath bestämde LUCAs nya ålder med hjälp av begreppet "molekylär klocka", som undanröjer alla problem med att förlita sig på fossiler för att bygga jordens tidslinje för tidigt liv. Med tidiga livsfossiler finns det alltid äldre som väntar på att bli utsatta, vilket kan tyckas spännande men gör att skapa en tidslinje för tidigt liv mycket svårt. Molekylklockan använder däremot skillnader i genomerna hos enskilda arter för att berätta hur mycket tid har gått sedan de delade en gemensam förfader. Grundtanken är att ju fler mutationer två arter delar, desto mer tid har gått sedan deras evolutionära vägar avviker.

Teamet tillämpade en variant av detta tillvägagångssätt till några av de äldsta befintliga fossiler som någonsin hittats, i hopp om att de skulle avslöja när LUCA föddes. "Vi använde en avslappnad klockram, vilket innebär att grenarna över evolutionära trädet kan ha olika utvecklingshastigheter", förklarar författare och University of Bristol Ph.D. kandidat Holly Betts till Omvänd. Eftersom skillnaderna i ålder som molekylär klockteknik ger är relativa, förklarar hon, "du använder då fossila kalibreringar för att förankra trädet i realtid."

Betts och hennes team använde ett konservativt tillvägagångssätt, där de bara använde fossiler som kunde dateras med förtroende, varierade parametrarna för klockmodellen och integrerade alla resultat. Detta säger hon, att "trots att våra resultat inte nödvändigtvis är exakta, borde de vara korrekta." Sammantaget undersökte laget 29 gener från totalt 102 levande organismer som representerar bakterier, archaea och eukaryoter (multicellulära organismer som inkluderar djur, växter och svampar). Sedan använde de nio fossiler för att förankra trädet, inklusive mikrofossiler som finns i Australiens Strelly Pool-bildning som är daterad till cirka 3,4 miljarder år, vilket gör dem till de äldsta bekräftade fossilerna.

Genom att använda trädet bestämde forskarna att bakterier och arkeor uppstod ungefär en miljard år efter LUCA, medan eukaryoter uppstod omkring 1,8 miljarder år efter det. Funnet om eukaryot är förenligt med tidigare studier och bekräftar att den mänskliga linjen är inte en av livets primära linjer. Tidigare populära teorier höll det livet dribbade ner från tre domäner - eukaryoter, bakterier och archaea - men nu verkar det som om eukaryoter kom senare än de ursprungliga grenarna av livet.

"I stället uppstod eukaryoterna inom arkén och bildades via en endosymbios-händelse mellan en arkecell och en bakteriecell", säger Betts. "Så den huvudsakliga hypotesen har nu två huvudlinjer av livet - bakterierna och arkean, med eukaryot som divergerar som en släkt inom."

Vad allt detta innebar, studerade medförfattare och University of Bristol professor i filogenomics Davide Pisani, Ph.D. berättar Omvänd, var att bakterierna och arkean kom ner från LUCA - och så var det möjligt att använda dessa två linjer för att ta reda på hur gammal LUCA är.Genom att tillämpa molekylklockan ytterligare beräknades det att det föddes omkring 3,9 miljarder år sedan.

Pisani säger att han hoppas att denna studie bara är en av de första som kombinerar fossila och genetiska data oftare "inte bara för att fastställa tidsplaner utan för att förstå evolutionen bredare." Betts håller med om att betona att sökandet efter tidigt liv måste ta ett integrerat tillvägagångssätt.

"Fossiler kan bara berätta för oss så mycket, särskilt när det finns så få runt i jordens tidiga stadier," säger Betts. "Ingen fossil kan någonsin berätta för en klade äkta ålder, eftersom klingen måste ha existerat redan för att den fossila ska ha bildats. Det här är delvis varför molekylklockan är så användbar som vi kan använda den för att titta på tiden före fossilen, när linjerna faktiskt kom fram."