Die Geschichte des Lebens auf der Erde ist in der Tat ein faszinierendes Epos, das sich über Milliarden von Jahren erstreckt. Eine kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie legt nahe, dass der letzte universelle gemeinsame Vorfahr (LUCA) vor etwa 4,2 Milliarden Jahren aufgetaucht sein könnte, also viel früher als bisher angenommen. Diese Entdeckung stellt die etablierte Zeitlinie der Evolution des Lebens in Frage und bietet neue Einblicke in die frühen Bedingungen auf der Erde, die eine Blüte des Lebens ermöglichten.
Jüngste Forschungen unter der Leitung der University of Bristol legen nahe, dass LUCA (Last Universal Common Ancestor) vor rund 4,2 Milliarden Jahren lebte, nur wenige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde. Diese Entdeckung widerlegt frühere Schätzungen, die LUCAs Existenz auf 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahre datierten. Das Team verfeinerte diese Zeitlinie mithilfe genetischer und fossiler Daten sowie fortschrittlicher Analysemethoden.
LUCA: Die Mikrobe im Zentrum der LUCA-Evolution
Der letzte universelle gemeinsame Vorfahre (LUCA) wird oft als primitiver Mikroorganismus beschrieben, aber seine genaue Natur bleibt unklar. Laut Dr. Jack Szostak, einem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arzt, war LUCA wahrscheinlich ein einzelliger Organismus mit einer Zellmembran, der DNA, RNA und Proteine für seine biologischen Funktionen verwendete. Diese Beschreibung ist entscheidend für das Verständnis der frühen Mechanismen des Lebens und der Grundlagen der modernen Biologie.
In einer neuen Studie identifizierten Forscher etwa 2.600 proteinkodierende Gene, die LUCA zugeordnet werden, deutlich mehr als frühere Schätzungen von etwa 100 Genen. Diese Gene liefern wertvolle Einblicke in die biologischen Fähigkeiten von LUCA und legen nahe, dass es bereits über komplexe Stoffwechsel- und Fortpflanzungsmechanismen sowie ein Immunsystem verfügte.
Dr. Edmund Moody, der Hauptautor der Studie, erklärte, dass die Evolutionsgeschichte der Gene durch ihren Austausch zwischen Abstammungslinien kompliziert werde, weshalb komplexe Evolutionsmodelle erforderlich seien, um die Gengeschichte mit der Artgenealogie in Einklang zu bringen.
Die Lebensbedingungen auf der Erde zur Zeit von LUCA waren extrem. Die Ozeane waren sehr heiß, die Vulkane hochaktiv und die Atmosphäre war mit giftigen Gasen gesättigt. Doch genau diese Umgebung diente unserem gemeinsamen Vorfahren als Lebensraum. Diese Bedingungen spielten wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der ersten Lebensformen. Einer Studie der Universität von Chicago zufolge mussten sich die ersten Organismen an eine hydrothermale Umgebung anpassen, die reich an Mineralien und chemischen Verbindungen ist.
Eintauchen in die Gene des letzten universellen gemeinsamen Vorfahren
Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht wurde, verwendete fortschrittliche Phylogenietechniken, um universelle genetische Marker zu identifizieren, die in Archaeen und Bakterien vorhanden sind. Durch die Analyse von 574 Archaeengenomen und 3.020 Bakteriengenomen identifizierten die Forscher 59 genetische Marker, die für eine Phylogenie geeignet sind, die sowohl Archaeen als auch Bakterien umfasst.
Zu diesem Zweck stellten sie eine vollständige Liste der in früheren Studien verwendeten Marker zusammen und ordneten sie Profilen in den Datenbanken COG (Orthologous Gene Groups), arCOG und TIGRFAM zu. Diese Datenbanken werden zur Genomannotation und Identifizierung von Proteinfamilien, hauptsächlich bei Bakterien und Archaeen, verwendet. Anschließend wurden geeignete Proteine extrahiert und analysiert, um ihr Vorhandensein in den Genomen von Archaeen und Bakterien zu verifizieren.
Dr. Tom Williams von der Bristol School of Biological Sciences hebt die Verwendung eines Genbaum-Matching-Ansatzes in der Studie anhand eines vielfältigen Datensatzes von Archaeen und Bakterien hervor, der uns hilft, die Lebensweise von LUCA mit einiger Sicherheit zu verstehen.
Die Forscher ordneten genetische Markersequenzen an und konstruierten phylogenetische Bäume unter Verwendung komplexer Substitutionsmodelle. Sie führten strenge Tests durch, um horizontalen Gentransfer und Duplikationen auszuschließen, die die Ergebnisse verfälschen könnten. Durch die Anwendung molekularer Datierungstechniken schätzten sie, dass LUCA vor etwa 4,2 Milliarden Jahren existierte. Diese Daten ermöglichten es ihnen, einen zuverlässigen phylogenetischen Baum zu rekonstruieren und die Evolution der Gene dieses gemeinsamen Vorfahrens nachzuvollziehen.
Die Geschichte des Lebens neu schreiben
Technologische Fortschritte und neue genetische Forschungstechniken ermöglichen es Wissenschaftlern, tiefer in die Geschichte der Entstehung des Lebens auf der Erde einzutauchen, einschließlich LUCA. In jüngsten Studien wurden genetische Datenbanken von Tausenden moderner Mikroorganismen verwendet, um Genfamilien zu identifizieren, die möglicherweise in LUCA vorhanden waren. Die Ergebnisse dieser Studien helfen uns, besser zu verstehen, wie sich das Leben aus diesem gemeinsamen Vorfahren entwickelt hat.
„Ich denke, wenn wir anderswo Leben finden, wird es dem modernen Leben sehr ähnlich sein, zumindest aus chemischer Sicht“, sagte William Martin, Professor für Evolutionsbiologie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, in einem 2017 von der NASA veröffentlichten Artikel über LUCA.
Die neuesten Daten von LUCA zwingen uns, unser Verständnis der Geschichte des Lebens auf der Erde zu überdenken. Sie unterstreichen auch die unglaubliche Widerstandsfähigkeit und Einfallsreichtum des Lebens, das unter Bedingungen gedeihen kann, die wir heute als unwirtlich bezeichnen würden. Diese Entdeckungen erinnern uns daran, dass trotz unserer Vielfalt alle Lebensformen auf der Erde eine tiefe und uralte Verbindung teilen, die bis in die frühesten Momente unseres Planeten zurückreicht.
