Ранняя жизнь обладала эволюционным потенциалом для выживания при радикальных изменениях среды
Согласно исследованию, анализирующему возможные последовательности генов, принадлежавших самой ранней жизни, она могла возникнуть в холодных условиях у поверхности Земли, прежде чем распространиться в более теплые среды.
Все современные формы жизни происходят от двух ключевых этапов биологической истории планеты: появления первых жизненных форм миллиарды лет назад и последующей эволюции последнего универсального общего предка (LUCA) всех ныне существующих организмов. Эти два вымерших вида, вероятно, занимали радикально разные среды, что говорит о серии эволюционных изменений, следы которых могут быть обнаружены в современных организмах.
«Столкновение с такой изменчивостью среды на раннем этапе, возможно, было необходимо для создания того уровня сложности, который позволил LUCA иметь эволюционный потенциал для дальнейшей диверсификации и колонизации почти каждой среды обитания на Земле за четыре миллиарда лет», — отмечает эволюционный биолог из MIT Грег Фурнье.
Исследователи проанализировали записи генетических последовательностей, общих для всех современных организмов, включая сходные с древнейшими, чтобы определить, какими последовательностями обладала ранняя жизнь. Они изучили, как эти РНК-последовательности функционируют в различных условиях (температура, кислотность, радиация), чтобы понять среду обитания первых форм жизни.
Ультрафиолетовое излучение могло повреждать РНК, но также инициировать химические реакции, создающие ключевые «строительные блоки» жизни. Учитывая более высокий уровень УФ-излучения Солнца 4,4 миллиарда лет назад, учёные предположили, что жизнь впервые возникла у поверхности под защитой воды, льда или осадков, имея доступ к незащищённым зонам для генерации биомолекул. Температуры тогда могли быть относительно низкими из-за более холодной молодой звезды, что облегчало сборку аминокислот и длинных молекул РНК. Лёд и снежная каша могли концентрировать биомолекулы, способствуя возникновению жизни.
В отличие от этого, LUCA, вероятно, жила в умеренных температурах, возможно, не менее четырёх миллиардов лет назад. Анализ общих для всех организмов генов показывает, что последовательности ДНК, составлявшие около 600 генов LUCA, и аминокислоты её белков наиболее стабильны именно при умеренных температурах. Учёные также предполагают, что LUCA обитала на поверхности Земли, а не у глубоководных гидротермальных источников, что может подтверждаться наличием генов, связанных с репарацией повреждений от УФ-света.
Поскольку жизнь, по-видимому, зародилась в среде, сильно отличающейся от среды LUCA, ранние организмы, вероятно, эволюционировали, чтобы выживать при радикальных изменениях окружения. Такими событиями могли быть Поздняя тяжёлая бомбардировка, формирование континентальной коры и широкое распространение жидкой воды. Ключевой ранней адаптацией, вероятно, стала клеточность — заключение всего жизненного аппарата в клеточную мембрану, что было критически важно для расселения в новые среды.
«Сложные экологические взаимоотношения между разными видами могли быть частью жизни на Земле почти с самого её начала, и LUCA — лишь один пример жизни, существовавшей в то время», — говорит Фурнье. «Возможно, быстрое установление сложных экологических связей было даже необходимым для сохранения ранней жизни», — добавляет соавтор Марджори Кантин.
Эта картина ранней эволюции — лишь один из правдоподобных сценариев. «Наша интерпретация, как и другие, опирается на ограниченные [генетические] данные и является вкладом в оживлённые дебаты», — отмечает Кантин. Исследователи также подчёркивают, что при поиске возможных признаков жизни на Марсе не следует ограничиваться только средами, где жизнь могла возникнуть, поскольку она могла мигрировать. Поиск следует сосредоточить на средах, наиболее вероятно сохранивших её следы.