Кіріспе

Жер бетіндегі барлық қазіргі тіршіліктің ең соңғы ортақ ата-тегі.

Жан Батист Ламарк 1809 жылы «Зоологиялық философия» еңбегінде өмір ағашының алғашқы суретін жасады. Чарльз Дарвин 1859 жылы «Түрлердің шығу тегі» кітабында эволюциялық процесс арқылы жалпы ортақ тектің теориясын ұсынды: «Осыған орай, бұл жерде қандай да бір органикалық тіршілік болса, олардың барлығы бір бастапқы нысандан тараған, оған алғашқы тыныс сыйырған деп аналогиямен қорытындылаймын». Кітаптың соңғы сөйлемі гипотезаны қайталаумен басталады: «Өмірдің осы тұжырымдамасында, оның сан алуан күштері бастапқыда бірнеше нысанға немесе бір нысанға сыйырғаннан кейін, зорлық бар».

Альтернативті түсіндірмелер

Кейбір зерттеушілер Weiss et al. 2016 жылғы қорытындыларын сынға алды. Сара Беркемер мен Шон МакГлинн Weiss et al. протеиндер отбасыларын жеткіліксіз мөлшерде сынағандықтан, филогенетикалық ағаштар толық болмады және протеиндердің эволюциясын дұрыс сипаттай алмады деп мәлімдейді. LUCA-ның ортасын генаралық таралу арқылы анықтауға тырысудың (Weiss et al. 2016 сияқты) екі тәуекелі бар. Біріншіден, конвергенция немесе горизонтальдық гендер алмасу оқиғаларын тік тектік эволюцияға қате жатқызу қаупі бар; екіншіден, LUCA гендік отбасыларын горизонтальдық гендер алмасу оқиғалары ретінде қате түсіну қаупі бар. LUCA-ға дейін сақталған белгілі бір протеиндердің филогеномдық және геохимиялық талдауы, оның K⁺-тәуелді GTPазалары болғанын, ал жасуша ішіндегі сұйықтықтың иондық құрамы мен концентрациясы жоғары K⁺/Na⁺ қатынасы, NH₄⁺, Fe²⁺, CO₂⁺, Ni²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, пирофосфат және PO₃⁴⁻ құрамын көрсетті, бұл жер бетіндегі ыстық сулы көздерде тіршілік еткенін көрсетеді. Оның метаболизмі фосфатқа негізделген болуы мүмкін. Бұған қоса, бұл протеиндер автотрофиямен (организмнің өздігінен органикалық затты жасау қабілетімен) байланысты емес, LUCA гетеротрофты тіршілік салтымен (органикалық затты тұтыну) және оның өсуі физикалық ортада пайда болған органикалық заттарға тәуелді болғанын көрсетеді. Ник Лейн Na⁺/H⁺ антипортерлері LUCA және оның ұрпақтарындағы Na⁺ концентрациясының төмендігін түсіндіруге мүмкіндік береді деп санайды. LUCA-дағы энергияны өңдеу ферменттері CODH/ацетил коэнзим А синтетазасының болуы автотрофиямен ғана емес, сонымен қатар миксотрофиямен немесе гетеротрофиямен де үйлесімді болуы мүмкін. Weiss et al. 2018 жылы ешбір фермент трофикалық өмір салтын анықтамайды және гетеротрофтар автотрофтардан пайда болды деп жауап берді.

ЛУКА-ның мезофильді екендігіне дәлел

Қазір бірнеше дәлел ЛУКА термофильді емес екенін көрсетеді. G + C нуклеотидтік жұптарының мөлшері (A + T жұптарымен салыстырғанда) организмнің жылулық оптималдығын көрсете алады, себебі олар қосымша сутекті байланыс арқасында жылуға төзімдірек. Осының салдарынан, олар термофильдердің рРНК-сында жиі кездеседі; бірақ LUCA-ның қалпына келтірілген рРНК-сында мұндай жағдай байқалмайды. LUCA-да термофильді гендердің анықталуы сынға ұшырады, себебі олар археялар немесе бактерияларда кейінірек пайда болып, содан кейін Воузедің 1998 жылғы гипотезасындағыдай, горизонтальді гендер алмасу арқылы олардың арасында таралуы мүмкін. LUCA CO2-ні бекітіп, H2-ге тәуелді және гидротермальдық қайнарларға жақын өмір сүрген мезофил болған болуы мүмкін. LUCA-ның мезофильді екенін көрсететін тағы бір дәлел – оның ақуыздарының аминқышқылдық құрамы. Организмнің ақуыздарында I, V, Y, W, R, E және L аминқышқылдарының (IVYWREL деп белгіленеді) көп болуы оның ең қолайлы өсу температурасымен байланысты. Филогенетикалық талдауға сәйкес, LUCA ақуыздарындағы IVYWREL мөлшері оның оптималды температурасы 50°C-тан төмен болғанын көрсетеді.

Жасы

2000 жылдан 2018 жылға дейінгі зерттеулер ЛУКА-ның пайда болу уақытын одан да ертерекке жылжытты. 2000 жылы ЛУКА-ның жасы шамамен 3,5-3,8 миллиард жыл бұрынғы палеоархеан дәуіріне, ал өмірдің ең алғашқы қазбалық қалдықтарының жасы 3,48-4,28 миллиард жылға дейін естімелі болған. Бұл, өмірдің алғашқы формаларының пайда болуы, Жер бетін қайталап стерильдеген деп саналатын кешкі ауыр бомбалаудан кейін көп ұзамай болғанын көрсетеді. Дегенмен, 2018 жылы Холли Беттс және оның әріптестері геномдық және қазбалық деректерге (102 түр, 29 жалпы ақуызды кодтайтын ген, негізінен рибосомалық) молекулалық сағат моделін қолданып, ЛУКА кешкі ауыр бомбалаудан бұрын пайда болды деген қорытындыға келді. Олар Айдың пайда болу оқиғасынан кейін стерильдеу оқиғасы болмады деп есептеді, оны 4,520 миллиард жыл бұрын деп санады және ЛУКА-ның пайда болу мерзімі осы оқиғадан кейін 50 миллион жыл ішінде болған деген тұжырым жасады.

ЛУКА және вирустар

Вирустардың пайда болуы әлі де даулы мәселе болып қалуда. Вирустар көбейе алу үшін қабылдаушы жасушаларға мұқтаж болғандықтан, олар жасушалар пайда болғаннан кейін пайда болған болуы мүмкін. Вирустардың бірнеше пайда болу ошағы болуы мүмкін, және вирустардың әртүрлі түрлері тіршілік тарихында тәуелсіз дамыған болуы мүмкін. Сонымен қатар, вирустардың кең ауқымды эволюциясы ЛУКА-дан бұрын жүрген сияқты, себебі капсид ақуыздарының желелі құрылымы РНК және ДНК вирустарының барлық үш тіршілік доменінде ортақ. LUCA вирустары негізінен екі тізбекті ДНҚ вирустарынан тұрған, олар Duplodnaviria және Varidnaviria топтарына жатады. Моноднавирия құрамындағы екі басқа бір тізбекті ДНҚ вирусы – Микровирустар және Тубулавирустар соңғы бактериялық ортақ ата-тегін жұқтырған болуы мүмкін. Соңғы археялық ортақ ата-тегінде, мүмкін, шпиндел тәрізді вирустар болған. Бұлардың барлығы LUCA-ға әсер еткен болуы мүмкін, және осы жағдайда олардың әрқайсысы қазірде жоқ болған қабылдаушы доменде жоғалған болуы керек. Керісінше, РНК вирустары ЛУКА-ның маңызды паразиттері болмаған, тіпті қарапайым ойлау бойынша вирустар РНК әлемінен тікелей пайда болған РНК вирустарынан бастау алған болар еді. Алайда, ЛУКА өмір сүрген кезде, РНК вирустары ДНҚ вирустарынан бәсекелестікте жеңіліп қалған болуы мүмкін. Вирустар ЛУКА-дан бұрын, бірақ бірінші ғаламдық ортақ ата-тектен (FUCA) кейін дамуы мүмкін, бұл редукция гипотезасына сәйкес келеді, онда алып вирустар бастапқы жасушалардан паразиттік тіршілікке ауысқан.