Bislang dachten Forscher, dass der letzte universelle gemeinsame Vorfahre – LUCA (engl. last universal common ancestor) – lange nach der Entstehung der Erde lebte. Neue Studien zeigen jedoch, dass Urvorfahren des Lebens möglicherweise schon einige hundert Millionen Jahre nach der Bildung unseres Planeten entstand. Das bringt neue Erkenntnisse über die Evolution des Lebens auf der Erde.
Der Anfang alles Lebens
Das Genom aller heutigen Organismen, von E. coli bis zum Blauwal, weist viele Ähnlichkeiten auf. Dies deutet darauf hin, dass sie auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen, der vor Milliarden von Jahren lebte. Bemühungen, LUCA zu verstehen, waren bisher begrenzt erfolgreich – eine neue Studie mit einem breiteren Ansatz brachte überraschende Ergebnisse hervor.
Ein interdisziplinärer Ansatz zur Erforschung von LUCA
"Unser Ziel war es, Vertreter verschiedener Disziplinen zusammenzubringen, um ein ganzheitliches Verständnis davon zu erlangen, wann LUCA existierte und wie seine Biologie aussah," sagt Philip Donoghue von der University of Bristol in Großbritannien. Gene - heute in allen Hauptästen des Lebens zu finden - könnten in einer ununterbrochenen Linie von LUCA stammen.
Gene und die Bestimmung des Alters
Durch die Analyse, wie sich diese Gene im Laufe der Zeit verändert haben, kann man schätzen, wann LUCA lebte. Das klingt einfacher als es ist. Gene wurden verloren - hinzugefügt oder zwischen Ästen ausgetauscht. Das Team hat ein komplexes Modell erstellt, das diese Faktoren berücksichtigt. "Wir haben ein Organismusmodell entwickelt, das viel ausgefeilter ist als bisher angenommen," erklärt Donoghue.
Erstaunliche Ergebnisse über LUCA's Gene
Die Forscher schätzen, dass etwa 2600 protein-kodierende Gene auf LUCA zurückgeführt werden können. Frühere Schätzungen gingen von nur 80 Genen aus. Auch das geschätzte Alter von LUCA wurde reevaluiert. Nach den neuen Daten lebte LUCA vor etwa 4,2 Milliarden Jahren – viel früher als bisher angenommen und überraschend nah an der Entstehung der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren.
Frühe Evolution des Lebens
Diese frühere Datierung ist einer verbesserten Methodik zuzuschreiben. Im Gegensatz zu anderen Studien geht diese Annahme nicht davon aus, dass der Urvorfahre erst nach dem "späten schweren Bombardement" existierte, das die Erde vor 3,8 Milliarden Jahren traf und möglicherweise erstes Leben auslöschte. Diese Unsicherheit basiert auf Mondgesteinproben, aber es gibt viele Unwägbarkeiten, erklärt Donoghue.
LUCA's Überlebensfähigkeiten
Die Rekonstruktion zeigt, dass LUCA Gene zum Schutz vor UV-Strahlung besaß und wahrscheinlich an der Meeresoberfläche lebte. Andere Gene deuten darauf hin, dass LUCA sich von Wasserstoff ernährte. Dies lässt vermuten, dass LUCA Teil eines primitiven Zellökosystems war, das später ausstarb.
Evolutionäre Perspektive auf LUCA
"Von einer evolutionären Perspektive aus finde ich das überzeugend," sagt Greg Fournier vom Massachusetts Institute of Technology. "LUCA ist nicht der Anfang der Geschichte des Lebens, sondern der letzte gemeinsame Vorfahre, zu dem wir mittels Genomdaten zurückgehen können."
LUCA's Abwehr gegen Viren
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass LUCA bereits eine primitive Version des bakteriellen Abwehrsystems CRISPR hatte - zum Schutz gegen Viren. "Selbst vor 4,2 Milliarden Jahren bekämpfen unsere frühesten Vorfahren Viren," sagt Teammitglied Edmund Moody von der University of Bristol.
Unsicherheiten in der Forschung
Die Erforschung der tiefen Vergangenheit ist voller Unsicherheiten. Donoghue gibt zu, dass sein Team möglicherweise Fehler gemacht hat. "Es ist fast sicher alles falsch," sagt er. "Wir versuchen, die Grenzen zu erweitern und die erste umfassende Betrachtung aller relevanten Daten zu erstellen."
Ein erster Schritt in der LUCA-Forschung
"Das wird nicht das letzte Wort sein," fügt er hinzu. "Es wird nicht einmal unser letztes Wort zu diesem Thema sein - aber wir denken, es ist ein guter Anfang." Patrick Forterre vom Pasteur-Institut in Paris, der den Begriff LUCA prägte - glaubt auch - dass das Organismus nicht in Isolation lebte.: "Aber die Behauptung, dass LUCA vor dem späten schweren Bombardement vor 3,9 Milliarden Jahren lebte – ist für mich völlig unrealistisch." "Ich bin sicher, dass ihre Methode zur Altersbestimmung und Geneinhalt von LUCA fehlerhaft ist," so Forterre abschließend.
Quelle: Moody, E.R.R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T.A. et al. The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nat Ecol Evol (2024). https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1