Temukan rahasia LUCA, bentuk kehidupan tertua di Bumi

A Universitas BristolSebuah studi yang dilakukan oleh para peneliti Universitas Harvard menemukan bahwa kehidupan di Bumi, yang berasal dari nenek moyang yang disebut LUCA, berkembang tak lama setelah planet ini terbentuk.

Melalui analisis genetik dan pemodelan evolusi, para peneliti menunjukkan keberadaan LUCA sekitar 4,2 miliar tahun yang lalu, mengungkapkan bahwa LUCA adalah organisme kompleks dengan sistem kekebalan awal yang terintegrasi dengan ekosistem tertua di Bumi.

Cetak biru genetik LUCA dan keturunannya

Segala sesuatu yang hidup saat ini berasal dari satu nenek moyang yang dikenal sebagai LUCA (Leluhur Bersama Universal Terakhir).

LUCA diduga merupakan nenek moyang bersama yang menjadi asal muasal semua kehidupan seluler modern, mulai dari organisme bersel tunggal seperti bakteri hingga pohon redwood raksasa (dan juga kita manusia). LUCA mewakili akar pohon kehidupan sebelum dibagi menjadi kelompok yang dikenal saat ini, Bakteri, Archaea, dan Eucalypts. Kehidupan modern berkembang dari LUCA dari berbagai sumber: sama Asam amino Mereka digunakan untuk membangun protein di semua organisme seluler, mata uang energi bersama (ATP), dan keberadaan mesin seluler seperti ribosom dan lainnya yang terkait dengan pembuatan protein dari informasi yang disimpan di dalamnya. DNAdan bahkan fakta bahwa semua bentuk kehidupan seluler menggunakan DNA itu sendiri sebagai alat penyimpanan informasi.

Metode penelitian dan era LUCA

Tim membandingkan semua gen dalam genom organisme Menggolongkandengan menghitung mutasi yang terjadi dalam rangkaian mereka dari waktu ke waktu sejak mereka memiliki nenek moyang yang sama di LUCA.

Waktu pemisahan beberapa spesies diketahui dari catatan fosil, sehingga tim menggunakan persamaan genetik yang setara dengan yang digunakan untuk menghitung kecepatan dalam fisika untuk mengetahui kapan LUCA ada, dan sampai pada jawaban bahwa hal itu terjadi 4,2 miliar tahun yang lalu. , sekitar empat ratus juta tahun setelah Bumi dan tata surya kita terbentuk.

Dr Sandra Alvarez Carretero, salah satu penulis studi dari Sekolah Ilmu Bumi Bristol, mengatakan: “Kami tidak menyangka planet Luca akan begitu tua, dalam waktu ratusan juta tahun setelah pembentukan Bumi. Namun, hasil kami konsisten dengan pandangan terkini tentang kelayakhunian Bumi Awal.

Wawasan fisiologis dan pemodelan evolusi LUCA

Selanjutnya, tim bekerja untuk menentukan biologi LUCA dengan memodelkan karakteristik fisiologis spesies hidup melalui garis keturunan kehidupan hingga LUCA. Penulis utama Dr Edmund Moody menjelaskan: “Sejarah evolusi gen diperumit oleh pertukaran antar garis keturunan. Kita harus menggunakan model evolusi yang kompleks untuk menyelaraskan sejarah evolusi gen dengan silsilah spesies.”

Dr Tom Williams, salah satu penulis studi dari Bristol’s School of Biological Sciences, mengatakan: “Salah satu keuntungan nyata dari pendekatan ini adalah menerapkan pendekatan rekonsiliasi pohon gen dan pohon spesies pada beragam kumpulan data yang mewakili domain fundamental kehidupan seperti archaea dan bakteri. Hal ini memungkinkan kita “Dengan mengatakannya dengan cukup percaya diri dan menilai tingkat keyakinan tersebut tentang bagaimana LUCA hidup.”

Kompleksitas proyek LUCA dan dampak lingkungannya

Profesor David Pisani, salah satu penulis penelitian tersebut, mengatakan: “Penelitian kami menunjukkan bahwa LUCA adalah organisme yang kompleks, tidak jauh berbeda dengan prokariota modern, namun yang benar-benar menarik adalah bahwa ia jelas memiliki sistem kekebalan awal, yang menunjukkan bahwa bahkan sebelum “4,2 miliar tahun yang lalu, nenek moyang kita terlibat dalam perlombaan senjata dengan virus.”

Rekan penulis Tim Lenton (dari Fakultas Geografi Universitas Exeter) mengatakan: “LUCA jelas-jelas mengeksploitasi dan mengubah lingkungan mereka, namun mereka tidak mungkin hidup sendirian. Limbah mereka bisa saja menjadi makanan bagi mikroba lain, seperti metanogen. , yang akan membantu menciptakan ekosistem daur ulang.”

Implikasi yang lebih luas dari belajar untuk kehidupan awal

Rekan penulis Profesor Anya Spang (Institut Penelitian Kelautan Kerajaan Belanda) menambahkan: “Hasil dan metode yang digunakan dalam penelitian ini juga akan bermanfaat bagi penelitian di masa depan yang menyelidiki secara lebih rinci evolusi archaea berikutnya berdasarkan sejarah Bumi, termasuk yang kurang dipelajari. archaea dan perwakilan metanogeniknya.”

Profesor Philip Donoghue, salah satu peneliti, mengatakan: “Pekerjaan kami menyatukan data dan metode dari berbagai disiplin ilmu, mengungkapkan wawasan tentang Bumi dan kehidupan awal yang tidak dapat dicapai hanya dengan disiplin ilmu apa pun. Hal ini juga menunjukkan seberapa cepat suatu ekosistem terbentuk sejak dini Bumi. Hal ini “menunjukkan bahwa kehidupan mungkin berkembang di biosfer mirip Bumi di tempat lain di alam semesta.”

Referensi: “Sifat Nenek Moyang Universal Terakhir dan Dampaknya terhadap Sistem Bumi Awal” oleh Edmund R. R. Moody, Sandra Alvarez-Carretero, Tara A. Mahendrarajah, James W. Clark, Holly C. Bates, Nina Dombrowski, Lenard L Xanthu, Richard A. Boyle, dan Stuart Dennis, Shi Chen, Nick Lin, Zhiheng Yang, Graham A. Shields, Gergely J. Solosi, Anya Spang, David Pisani, Tom A. Williams, Timothy M. Linton, dan Philip C. J. Donoghue, 12 Juli 2024. Ekologi alam dan evolusi.
doi: 10.1038/s41559-024-02461-1

Para ilmuwan dari University College London (UCL), Universitas Utrecht, Pusat Penelitian Lingkungan Budapest dan Institut Sains dan Teknologi Okinawa di Universitas Pascasarjana juga berpartisipasi dalam penelitian ini.

Penelitian ini didanai oleh John Templeton Foundation. Pandangan yang diungkapkan dalam publikasi ini adalah milik penulis dan tidak mencerminkan pandangan John Templeton Foundation.