Een illustratie die laat zien hoe LUCA mogelijk is aangevallen door virussen
Wetenschappelijk grafisch ontwerp
Het organisme dat aanleiding gaf tot al het leven op aarde is mogelijk veel eerder geëvolueerd dan eerder werd gedacht, slechts een paar honderd miljoen jaar nadat de planeet was ontstaan, en was geavanceerder dan eerdere schattingen suggereerden.
DNA in alle levende organismen van vandaag, van E coli met blauwe vinvissen zijn er veel overeenkomsten, wat erop wijst dat ze allemaal miljarden jaren terug te voeren zijn tot de laatste universele gemeenschappelijke voorouder: LUCA. Er is veel moeite gestoken in het begrijpen van LUCA, maar nu heeft een onderzoek met een bredere aanpak enkele verrassende resultaten opgeleverd.
“Wat we proberen te doen is mensen uit verschillende disciplines samenbrengen om een holistisch begrip te krijgen van wanneer LUCA bestond en wat de biologie ervan was”, zegt Philip Donoghue van de Universiteit van Bristol in Groot-Brittannië.
Genen die tegenwoordig in alle belangrijke takken van het leven worden aangetroffen, zijn mogelijk in een ononderbroken lijn doorgegeven, helemaal terug naar LUCA, waardoor we konden ontdekken welke genen een oude voorouder bezat. Door te kijken naar hoe deze genen in de loop van de tijd veranderden, zou het mogelijk moeten zijn om in te schatten wanneer LUCA nog leefde.
In de praktijk is dit veel moeilijker dan het klinkt, omdat genen verloren gaan, worden gewonnen en vervangen tussen takken. Donoghue zegt dat het team een complex model heeft gemaakt dat hiermee rekening houdt om te bepalen welke genen aanwezig zijn in LUCA. “We komen met een organisme dat veel geavanceerder is dan veel mensen in het verleden hebben beweerd”, zegt hij.
De onderzoekers schatten dat 2.600 eiwitcoderende genen terug te voeren zijn op LUCA, terwijl sommige eerdere schattingen oplopen tot wel 80. Het team concludeert ook dat LUCA ongeveer 4,2 miljard jaar geleden leefde – veel eerder dan andere schattingen, en verrassend dicht bij de vorming van de aarde 4,5 miljard jaar geleden. ‘Het suggereert dat de ontwikkeling van het leven eenvoudiger kan zijn geweest dan mensen in het verleden hebben beweerd, omdat het zo vroeg gebeurde’, zegt Donoghue.
Deze eerdere datum is gedeeltelijk te danken aan wat volgens het team een verbeterde methode is. Maar dat komt ook omdat de onderzoekers, in tegenstelling tot anderen, er niet van uitgaan dat LUCA pas kon bestaan na het late zware bombardement, toen men dacht dat de aarde getroffen was door ruimteschroot, waardoor mogelijk al het ontwikkelende leven werd weggevaagd. Deze periode wordt op 3,8 miljard jaar geleden gedateerd op basis van gesteenten die van de maan zijn meegebracht, maar er bestaat veel onzekerheid over dat aantal, zegt Donoghue.
Omdat hun reconstructie suggereert dat LUCA genen had die bescherming boden tegen UV-schade, is het zeer waarschijnlijk dat het dier op het oppervlak van de oceaan leefde, denken de onderzoekers. Andere genen suggereren dat LUCA zich voedt met waterstof, wat consistent is met eerdere onderzoeken. Mogelijk maakte het deel uit van een ecosysteem van andere typen primitieve cellen die zijn uitgestorven, speculeert het team. “Ik denk dat het extreem naïef is om te denken dat LUCA op zichzelf zou bestaan”, zegt Donoghue.
“Ik vind dit plausibel vanuit een evolutionair perspectief”, zegt Greg Fournier van het Massachusetts Institute of Technology. “LUCA is niet het begin van het levensverhaal, maar slechts de laatste collectieve verklaring van voorouders dat we achteruit kunnen werken om genoomgegevens te gebruiken.”
De resultaten suggereren ook dat LUCA een primitieve versie had van een bacterieel afweersysteem, bekend als CRISPR, om virussen te bestrijden. ‘Zelfs 4,2 miljard jaar geleden waren onze vroegste voorouders bezig met het bestrijden van virussen’, zegt teamlid Edmund Moody, eveneens van de Universiteit van Bristol.
Gluren in het diepe verleden is vol onzekerheid, en Donoghue is de eerste om toe te geven dat zijn team misschien de plank mis heeft geslagen. “Het is vrijwel zeker allemaal verkeerd”, zegt hij. “Wat we proberen te doen is de grenzen verleggen en de eerste soort poging ondernemen om al het relevante bewijsmateriaal te integreren.”
“Het zal niet het laatste woord zijn”, zegt hij. “Het zal ook niet ons laatste woord over dit onderwerp zijn, maar we denken dat het een goed begin is.”
Patrick Forterre van het Pasteur Instituut in Parijs, Frankrijk, die de term LUCA bedacht, gelooft ook dat de organismen niet geïsoleerd leefden. “Maar de bewering dat LUCA vóór het late zware bombardement 3,9 miljard jaar geleden leefde, is voor mij volkomen onrealistisch”, zegt Forterre. “Ik ben er vrij zeker van dat hun strategie voor het bepalen van de leeftijd en inhoud van het LUCA-gen enkele tekortkomingen vertoont.”
Onderwerpen: