Det tidlige liv havde evolutionær kraft til at overleve radikale ændringer i miljøet

Livet på Jorden kunne være opstået i kolde forhold nær overfladen, før de spredes til varmere omgivelser, ifølge forskning, der analyserer de mulige gensekvenser, der hører til det tidligste liv.

Alt liv på Jorden i dag stammer fra to forskellige udviklinger i vores planets biologiske historie. Disse er fremkomsten af ​​de første livsformer for milliarder af år siden, og den efterfølgende udvikling af den sidste universelle fælles forfader (LUCA) af alle eksisterende organismer.

Uanset hvad de var på det tidspunkt, disse to uddøde arter – det første liv og LUCA – besatte sandsynligvis radikalt forskellige miljøer, tyder på, at det tidlige liv måtte gennemgå en række evolutionære ændringer, hvoraf spor stadig kan påvises i organismer, der lever i dag.

"Det kan være nødvendigt at møde en sådan miljøvariabilitet tidligt for at opbygge det kompleksitetsniveau, der er nødvendigt for, at LUCA kan have det evolutionære potentiale til fortsat at diversificere og kolonisere næsten alle levesteder på Jorden i løbet af fire milliarder år, "Greg Fournier, en evolutionsbiolog ved MIT, fortæller Astrobiology Magazine.

Fournier og hans kollega Marjorie Cantine detaljerede deres resultater i journalen Livets oprindelse og biosfærers udvikling .

Selvom DNA i dag regerer som livets plan, en teori, der deles af mange evolutionære biologer, er, at de første levende ting på Jorden muligvis brugte det enklere RNA -molekyle, som både er i stand til at kode genetisk information som DNA og udløse vitale kemiske reaktioner som mange proteiner.

Forskerne analyserede registreringer af gensekvenser, der findes i alle organismer, der i øjeblikket lever på Jorden, inklusive dem, der sandsynligvis ligner Jordens ældste organismer, for at finde ud af, hvilke sekvenser det tidlige liv sandsynligvis besad. De undersøgte derefter tidligere forskning, der udforskede, hvor godt disse RNA-sekvenser fungerer under en række forskellige forhold, såsom temperatur, surhed og stråling for at udlede, hvordan miljøet i det tidligste liv på jorden kunne have været.

Ultraviolet lys kan beskadige RNA, men det kan også have udløst kemiske reaktioner, der hjalp med at skabe vigtige byggesten i livet. På tidspunktet for livets oprindelse, 4,4 milliarder år siden, Solen afgav flere ultraviolette stråler, end den gør nu. Forskerne foreslog, at liv først dukkede op nær Jordens overflade under en form for strålingsskjold, såsom vand, isdække, sediment eller andre barrierer, og havde adgang til uafskærmede miljøer, der kunne generere nøglebiomolekyler.

Temperaturerne på Jorden kan også have været relativt kolde på det tidspunkt, givet Solens køligere ungdom, nok til at der kan dannes betydelig oceanis. Det er nemmere for aminosyrer (byggestenene i proteiner) og lange RNA-molekyler at samles i køligere temperaturer. I øvrigt, iskolde overflader og sjap kunne have koncentreret biomolekyler sammen for at hjælpe livets fremkomst.

I modsætning, den sidste universelle fælles forfader - den mikrobielle art, som alt liv, der eksisterer i dag, kom fra - kan have levet i moderate temperaturer, måske for mindst fire milliarder år siden. Forskere kan formode, hvordan LUCA var ved at se på, hvilke gener organismer på Jorden i dag har til fælles, analysere hvordan disse gener ændrede sig i løbet af evolutionen, og udlede, hvordan de forfædres versioner af disse gener kunne have været. DNA-sekvenserne, der danner LUCAs omkring 600 gener, og aminosyrerne, der udgør dets proteiner, er normalt mest stabile ved moderate temperaturer, sagde forskerne.

"Bygger på mange andres arbejde, vi foreslår, at livet spredte sig til og tilpassede nye miljøer meget tidligt i sin historie, " siger studiemedforfatter Marjorie Cantine, en geobiolog ved MIT.

Forskerne foreslog også, at LUCA levede på Jordens overflade, i modsætning til andre undersøgelser, der tyder på, at LUCA boede omkring dybhavs hydrotermiske ventilationsåbninger. Hvis LUCA virkelig opstod på Jordens overflade, så besad det sandsynligvis gener, der både fikserede den slags skader, som ultraviolet lys forårsager, og krævede næsten ultraviolet lys for at drive disse reparationer; det er disse gener, der tyder på Fournier og Cantine, at LUCA blev udsat for solens ultraviolet lys nær overfladen.

Forskerne foreslog, at da livet tilsyneladende opstod i et meget andet miljø end det, LUCA levede i, tidlige organismer har sandsynligvis udviklet sig til at overleve radikale ændringer i deres omgivelser. Sådanne dramatiske skift kan have inkluderet det sene tunge bombardement, hvor sværme af asteroider og kometer kolliderede med Jorden og resten af ​​det indre solsystem; dannelsen af ​​kontinental skorpe; og den udbredte fremkomst af flydende vand på Jordens overflade.

En vigtig tidlig tilpasning inkluderede sandsynligvis cellularitet - dvs. samler alt om sig selv inden for en cellulær membran. Cellularitet ville have været afgørende for, at organismer spredte sig væk fra deres oprindelige omgivelser og diversificerede sig til nye miljøer.

Hvis man antager, at det tidlige liv tilpassede sig til at overleve i et skakbræt af mange forskellige slags miljøer, "de komplekse økologiske forhold mellem forskellige arter kan have været en del af livet på Jorden lige siden dets begyndelse, og LUCA er kun et eksempel på det liv, der kan have eksisteret på det tidspunkt, " siger Fournier.

"Måske var en hurtig etablering af komplekse miljømæssige og økologiske relationer endda nødvendig for at det tidlige liv kunne fortsætte, " tilføjer Cantine.

Billedet malet af Cantine og Fournier af den tidlige udvikling af livet på Jorden er blot et plausibelt scenario. "Vores fortolkning, ligesom andre, bygger på en begrænset [genetisk] rekord og er et bidrag til en livlig debat, " siger Cantine.

Forskerne bemærker, at når man er på jagt efter mulige tegn på liv på Mars, søgninger bør ikke begrænses til sandsynlige miljøer, hvori liv kunne være opstået, da livet på Mars kan have flyttet til andre miljøer siden det opstod. I stedet, Cantine og Fournier foreslår, at søgen efter liv på Mars bør fokusere på de miljøer, der med størst sandsynlighed har fanget og bevaret spor af liv.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.