U NOVOJ studiji objavljenoj u časopisu Nature Ecology & Evolution međunarodni tim znanstvenika rekonstruirao je posljednjeg univerzalnog zajedničkog pretka (LUCA - Last Universal Common Ancestor) svih današnjih oblika života – od bakterija, preko biljaka, do ljudi.

Prema njihovim otkrićima, LUCA je bio složen organizam koji je živio prije otprilike 4.2 milijarde godina, posjedovao je razvijen metabolizam i rani oblik imunološkog sustava, što ukazuje na to da je život na Zemlji započeo ranije i bio kompleksniji nego što se dosad mislilo.

LUCA je bio više od jednostavne stanice

Svaki živi organizam - od bakterije, preko vlati trave, do slona - kodiran je istim četirima slovima DNA. Ribosomi čitaju taj kod, spajaju dvadeset poznatih aminokiselina i koriste ATP za stvaranje energije.

Ta sličnost navodi biologe na potragu za prvim zajedničkim pretkom svih poznatih organizama, LUCA-om.

Iako nije prvi oblik života, on je ključna točka u evolucijskom stablu jer od njega potječu dvije glavne domene života: bakterije i arheje.

Prethodne procjene sugerirale su da je LUCA bio jednostavan organizam s ograničenim brojem gena. Međutim nova studija, provedena pomoću naprednih filogenetskih metoda i analize gena, pokazala je da je imao genom veličine oko 2.5 megabaza, koji je kodirao približno 2600 proteina – slično modernim prokariotskim organizmima. Prokarioti su jednostanični organizmi koji, za razliku od eukariota, nemaju membranom obavijene organele poput jezgre, mitohondrija i endoplazmatskog retikuluma. Njihov je genetski materijal slobodno smješten u citoplazmi.

Kompleksan metabolizam i rani imunološki sustav

Analiza gena LUCA-e otkrila je prisutnost složenih metaboličkih puteva, uključujući Wood-Ljungdahlov put, koji omogućuje vezanje ugljičnog dioksida s vodikom za proizvodnju acetata i energije. Ovaj put je i danas prisutan kod nekih anaerobnih mikroorganizama, što sugerira da je LUCA bio sposoban za samostalno preživljavanje u anaerobnim uvjetima, odnosno u uvjetima bez zraka.

U novoj studiji zanimljivo je i otkriće gena sličnih današnjim CRISPR sustavima koje bakterije koriste za obranu od virusa, što ukazuje na to da je LUCA posjedovao rani oblik imunološkog sustava.

Profesor Davide Pisani, koautor studije, kaže da je ovo istraživanje pokazalo da je LUCA bio složen organizam, ne previše različit od modernih prokariota.

"Posebno je zanimljivo što je očito posjedovao rani imunološki sustav, što pokazuje da je već prije 4.2 milijarde godina naš predak bio uključen u evolucijsku utrku s virusima", dodao je.

Shematski prikaz raznih staničnih mehanizama LUCA-e (Image credit: Moody et al., doi: 10.1038/s41559-024-02461-1.)

Mogao je živjeti i u plićacima

Iako se dugo smatralo da je LUCA živio u dubokim hidrotermalnim izvorima oceana, nova istraživanja sugeriraju da je mogao obitavati i u plićim, toplim vodenim tijelima na površini Zemlje. Prisutnost gena za popravak oštećenja uzrokovanih UV zračenjem podržava ovu hipotezu.

Edmund Moody, vodeći autor studije, kaže da se pokazalo kako je jedan od gena LUCA-e kodirao protein koji popravlja oštećenja stanica uzrokovana ultraljubičastim svjetlom.

"To sugerira da je mogao živjeti relativno blizu površine vode, unutar dosega Sunčevih zraka", dodao je.

LUCA nije bio usamljen; bio je dio ranog ekosustava s drugim mikroorganizmima. Njegov metabolizam proizvodio je otpadne tvari, poput acetata, koje su mogle služiti kao hranjive tvari drugim organizmima, čime su stvarale osnovu za složenije ekološke interakcije.

Implikacije za razumijevanje života na Zemlji i izvan nje

Otkriće da je LUCA bio složen organizam s razvijenim metabolizmom i ranim imunološkim sustavom ima značajne implikacije za naše razumijevanje evolucije života. Sugerira da je život na Zemlji započeo relativno brzo nakon formiranja planeta prije 4.54 milijarde godina te da je bio sposoban za kompleksne biološke procese mnogo ranije nego što se prethodno mislilo.

"Ako su naši zaključci točni, brzina evolucije, odnosno inovacija života, bila je mnogo veća u ranoj povijesti Zemlje nego što je danas", rekao je Moody.

Ovo otkriće također podržava ideju da bi život mogao biti česta pojava u svemiru, pod uvjetom da postoje odgovarajući uvjeti, poput prisutnosti tekuće vode i stabilnog izvora energije.

Promjena percepcije o ranom životu

Rekonstrukcija LUCA-e kao složenog organizma s razvijenim metabolizmom i ranim imunološkim sustavom mijenja naše razumijevanje ranog života na Zemlji. Ova otkrića ne samo da pružaju uvid u to kako je život započeo na našem planetu već i otvaraju nova pitanja o mogućnosti postojanja života drugdje u svemiru.