Wer war LUCA? Forscher entdecken frühes komplexes Leben vor 4,2 Milliarden Jahren

Ein Forscherteam der Universität Bristol entdeckte, dass der letzte gemeinsame Vorfahre aller Lebewesen (LUCA) vor 4,2 Milliarden Jahren lebte.

LUCA

Eine digitale Darstellung, die veranschaulicht, wie LUCA bereits vor 4,2 Milliarden Jahren von Viren angegriffen wurde. © Science Graphic Design / Universität Bristol

Ein internationales Forscherteam unter Leitung der Universität Bristol hat neue Erkenntnisse über das früheste Ökosystem der Erde gewonnen. Dabei geht es um LUCA, der älter sein könnte, als bisher angenommen. Eine neue Studie zeigt, dass bereits wenige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde Leben existiert haben könnte.

Alles heutige Leben stammt von einem gemeinsamen Vorfahren ab, der als LUCA (Last Universal Common Ancestor) bezeichnet wird. LUCA ist der hypothetische gemeinsame Vorfahr aller modernen zellulären Lebensformen, von Bakterien bis zu Bäumen und Menschen, schreiben die Forscher in einer Pressemitteilung. LUCA stellt die Wurzel des Lebensbaums dar, bevor sich dieser in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten aufgespalten hat.

Übrigens: Eukaryoten sind eine Domäne der Lebewesen, deren Zellen (Eucyten) einen echten Zellkern und eine komplexe Kompartimentierung (Kompartiment = die Summe aller gleichartigen zellulären Räume) besitzen. Sie umfassen Tiere, Pflanzen und Pilze. Dies unterscheidet sie von den beiden anderen Domänen des Lebens, den prokaryotischen Bakterien und Archaeen (früher auch Urbakterien genannt), deren Zellen keine echte Kompartimentierung aufweisen.

Die Forscher haben alle Gene in den Genomen lebender Arten verglichen und die Mutationen in ihren Sequenzen seit LUCA gezählt. Anhand von Fossilfunden war der Zeitpunkt der Trennung einiger Arten bekannt. Mit einer genetischen Gleichung, ähnlich der zur Berechnung von Geschwindigkeit, haben die Wissenschaftler das Alter von LUCA auf 4,2 Milliarden Jahre bestimmt, etwa 400 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde.

Dr. Sandra Álvarez-Carretero von der School of Earth Sciences in Bristol äußerte sich erstaunt: „Wir haben nicht erwartet, dass LUCA so alt ist, nur wenige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde. Unsere Ergebnisse passen jedoch zu modernen Ansichten über die Bewohnbarkeit der frühen Erde.“

LUCA war komplex

Die Forscher haben die Biologie von LUCA modelliert, indem sie die physiologischen Merkmale lebender Arten durch die Genealogie des Lebens bis zu LUCA zurückverfolgt haben. Dr. Edmund Moody erklärt: „Die evolutionäre Geschichte von Genen wird durch ihren Austausch zwischen Linien kompliziert. Wir müssen komplexe evolutionäre Modelle verwenden, um die evolutionäre Geschichte der Gene mit der Genealogie der Arten in Einklang zu bringen.“

Dr. Tom Williams von der School of Biological Sciences in Bristol fügt hinzu: „Ein Vorteil unserer Methode ist die Anwendung des Genbaum-Artenbaum-Abgleichungsansatzes auf ein so vielfältiges Datenset, das die primären Lebensbereiche Archaeen und Bakterien repräsentiert. Dies erlaubt uns, mit einer gewissen Sicherheit zu sagen, wie LUCA gelebt hat.“

Übrigens: Der Abgleichansatz besteht darin, den Genbaum in den Artenbaum „einzubetten“ und so die Entwicklung der Genfamilie durch Duplikationen und Verluste aufzuzeigen. Abgleichalgorithmen ermöglichen die Darstellung der Evolutionsgeschichte einzelner Genbäume anhand eines Artenbaums.

LUCA und Viren

Professor Davide Pisani betont: „Unsere Studie zeigt, dass LUCA ein komplexer Organismus war, nicht unähnlich modernen Prokaryoten. Interessant ist, dass er ein frühes Immunsystem besaß, was zeigt, dass unser Vorfahr bereits vor 4,2 Milliarden Jahren in einem Wettrüsten mit Viren stand.“

Tim Lenton von der University of Exeter erklärt: „Es ist klar, dass LUCA seine Umwelt nutzte und veränderte, aber wahrscheinlich lebte er nicht allein. Seine Abfälle wären Nahrung für andere Mikroben wie Methanogene gewesen, die geholfen hätten, ein Recycling-Ökosystem zu schaffen.“

Interdisziplinäre Forschung führte zum Erfolg

Laut Professor Anja Spang vom Royal Netherlands Institute for Sea Research werden die Ergebnisse und Methoden dieser Arbeit auch zukünftige Studien zur Evolution von Prokaryoten im Lichte der Erdgeschichte unterstützen, einschließlich der weniger untersuchten Archaeen.

Professor Philip Donoghue äußerte sich stolz zu den Forschungsergebnissen: „Unsere Arbeit vereint Daten und Methoden aus mehreren Disziplinen und offenbart Einblicke in die frühe Erde und das Leben, die durch eine einzelne Disziplin nicht möglich wären. Es zeigt auch, wie schnell ein Ökosystem auf der frühen Erde entstand. Dies lässt vermuten, dass Leben auch auf erdähnlichen Biosphären im Universum gedeihen könnte.“

Was du dir merken solltest:

  • Ein internationales Forscherteam unter Leitung der Universität Bristol hat herausgefunden, dass der letzte gemeinsame Vorfahre aller heutigen Lebewesen (LUCA) vor etwa 4,2 Milliarden Jahren lebte, nur wenige hundert Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde.
  • Die Analyse der Gene lebender Arten zeigte, dass LUCA ein komplexer Organismus war, der bereits ein frühes Immunsystem besaß und in einem Ökosystem lebte, das seine Abfälle recycelte.
  • Die Studie vereinte Methoden und Daten aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und lieferte neue Erkenntnisse über die frühe Evolution des Lebens auf der Erde.

Bild: © Science Graphic Design / Universität Bristol

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