My name is LUCA: magyar kutató részvételével tárták fel minden földi élőlény közös ősének eredetét

Több mint 4 milliárd évvel ezelőtt, valahol a fiatal, halványan pislákoló Nap által megvilágított Földön élt az a sejt, amelynek minden mai élőlény a leszármazottja. Nemrég egy kutatócsoport magyar szakemberek közreműködésével minden eddiginél közelebb jutott a létforma természetének megértéséhez, és annak feltárásához, hogy mikor és milyen környezetben élhetett.

A júliusban a Nature Ecology & Evolution folyóiratban közölt tanulmány szerint az utolsó egyetemes közös ős (Last Universal Common Ancestor, LUCA) 4,2 milliárd évvel ezelőtt alakult ki, és sok szempontból hasonlított a modern prokariótákra. A baktériumok, és a tőlük genetikailag, anyagcseréjükben, valamint sejtmembránjaik felépítésében élesen eltérő archeák alkotják az élet fájának két alapvető doménjét, amelyek a LUCA megjelenése után váltak el egymástól.

A különböző tudományterületeket integráló kutatást friss genomikai és fosszilis adatok, valamint újonnan kifejlesztett módszerek együttállása hívta életre, mondta a Qubitnek Szöllősi Gergely, a tanulmány egyik társszerzője, az MTA-ELTE Lendület Evolúciós Genomika Kutatócsoport vezetője, a HUN-REN Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének Nagy Evolúciós Átmenetek Kutatócsoportjának tudományos főmunkatársa. A szakember szerint az eddigi vizsgálatoknál sokkal erősebb bizonyítékokat tudtak adni arra, hogy a LUCA komplex élőlény volt, aminek genomja jelentős számú gént kódolt.

„Bár arra számítottunk, hogy a LUCA képes volt olyan dolgokra, mint a DNS, aminosavak, fehérjék felépítése és energia előállítása, nagyon meglepődtünk, amikor egy lehetséges korai immunrendszer bizonyítékaira bukkantunk – nyilatkozta a Qubitnek a tanulmány egy másik szerzője, Edmund Moody, a Bristoli Egyetem evolúcióbiológusa, ami arra utal, hogy már a korai sejteknek is vírusokkal kellett megküzdeniük. – Ami még klassz, hogy meg tudtuk határozni a LUCA genomjának méretét, és azt is, hogy a modern genomok mérete és ezek egyes fehérjékkel mutatott összefüggése alapján mennyi fehérjéje volt”.

Nem a LUCA volt az első sejt, és nem is egyedül élt a Földön

A LUCA, amelyet a kutatók az élet fájának azon csomópontjaként definiálnak, ahonnan a baktériumok és archeák felé vezető ágak szétváltak, nem az első sejt volt, és nem is volt egyedül az ősi Földön. Szöllősi szerint az organizmus sok más élőlénnyel, valamint evolúciós leszármazási vonallal élt együtt, amik jelentős része még néhány százmillió évig, vagy akár évmilliárdokig fennmaradhatott. Mára viszont csak a két domén maradt, köztük archeákon belül elhelyezkedő komplex létformák, az eukarióták, amelyekhez minden állat, növény és gomba tartozik.

Carl Woese és George Fox mikrobiológusok 1977-es tanulmányukban az élet fáját riboszómális RNS-ek alapján rekonstruálták, amik az összes sejtben megtalálható, fehérjeszintézist végző molekuláris összeszerelő csarnokok, a riboszómák alkotórészei. Woese és Fox egyetlen, a 16S riboszómális RNS-t kódoló gén alapján rájöttek, hogy az archeák a baktériumoktól elkülönülő csoportot alkotnak, majd evolúciós rokonsági (filogenetikai) vizsgálatukkal létrehozták az élővilágot három nagy részre osztó rendszertant (baktériumok, archeák, eukarióták).

Azóta hatalmas fejlődésen ment keresztül a DNS-ben rejlő információt feltáró szekvenálási technológia, miközben az eljárás költsége exponenciálisan csökkent. Ez a 2010-es évekre lehetővé tette, hogy kutatók a legváltozatosabb környezetekből – gleccserektől a tengerek mélyéig – vegyenek mintákat, majd feltárják a bennük rejlő genetikai információt, a metagenomot. Ezáltal, különösen az utóbbi években egyre több élőlény genomja vált elérhetővé és vizsgálhatóvá, köztük olyanoké is, amiknek tenyésztése laboratóriumi körülmények között nem, vagy csak nehezen lehetséges. Az élővilág valódi diverzitásának megismerésével, amint korábban összefoglaltuk, a háromdoménes kép kétdoménesre módosult (baktériumok, archeák) – aminek felismerésében fontos szerepet játszott Tom Williams, a Bristoli Egyetem evolúciógenetikusa és az új tanulmány egyik társszerzője, akivel Szöllősi már régóta együtt dolgozik.