Al het leven op aarde stamt af van LUCA, de last universal common ancestor, oftewel de laatste universele gemeenschappelijke voorouder. Nu blijkt dat dit organisme mogelijk al een paar honderd miljoen jaar na het ontstaan van de planeet leefde.
Het organisme waarvan al het leven op aarde afstamt, evolueerde mogelijk veel eerder dan tot nu toe werd gedacht. Het zou slechts een paar honderd miljoen jaar na het vormen van de planeet al zijn ontstaan. Ook was het organisme complexer dan eerdere onderzoeken beweerden.
Het DNA in alle organismen die nu leven, van E. coli tot blauwe vinvissen, vertoont veel overeenkomsten. Dat suggereert dat onze genetische code miljarden jaren terug te voeren is op een laatste universele gemeenschappelijke voorouder of last universal common ancestor (LUCA). Na meerdere pogingen om LUCA te identificeren, heeft een onderzoek met een bredere benadering nu verrassende resultaten opgeleverd. De Britse biologen publiceerden hun werk in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Ecology & Evolution.
Hoe kom je aan je microbioom?
Het verhaal gaat dat ons darmmicrobioom al bij de geboorte wordt bepaald. Nu wordt duidelijk dat factoren later minstens zo belangrijk zijn.
Genen volgen
‘We wilden mensen met verschillende expertises samen laten werken om tot een holistisch begrip te komen van wanneer LUCA heeft bestaan en hoe het biologisch in elkaar zat, zegt paleontoloog en bioloog Philip Donoghue van de Universiteit van Bristol in het Verenigd Koninkrijk.
Genen die tegenwoordig in alle belangrijke takken van het leven voorkomen, zijn mogelijk in een ononderbroken lijn vanaf LUCA doorgegeven. Dat gegeven stelt onderzoekers in staat uit te zoeken welke genen onze stokoude voorouder bezat. Door te kijken hoe die genen in de loop van de tijd zijn veranderd, zou het mogelijk moeten zijn om in te schatten wanneer LUCA leefde.
In de praktijk is dit lastig, doordat er genen verloren zijn gegaan, zijn bijgekomen en zijn uitgewisseld tussen verschillende evolutionaire takken. Nu heeft het team van Donoghue een complex model gemaakt dat hiermee rekening houdt. Zo zochten ze uit welke genen aanwezig waren in LUCA. ‘We komen uit op een organisme dat veel complexer was dan veel onderzoekers in het verleden hebben beweerd’, zegt Donoghue.
Verschoven tijdlijn
De onderzoekers schatten dat 2600 genen terug te voeren zijn op LUCA, terwijl sommige eerdere schattingen niet verder gingen dan 80. Het team concludeert ook dat LUCA ongeveer 4,2 miljard jaar geleden leefde. Dat is veel eerder dan andere schattingen en verrassend dicht bij het ontstaan van de aarde, 4,5 miljard jaar geleden. ‘Het suggereert dat evoluerend leven eenvoudiger kan zijn dan onderzoekers in het verleden hebben beargumenteerd, gezien het zo vroeg plaatsvond’, zegt Donoghue.
Het nieuwe tijdspad kwam aan het licht dankzij hun verbeterde methode, stelt het team. Ook volgt het uit een aanname van de onderzoekers waarbij ze, in tegenstelling tot anderen, ervan uitgaan dat LUCA kan zijn ontstaan voor het ‘late zware bombardement’. Hierbij werd de aarde vermoedelijk platgebombardeerd door ruimtepuin, waardoor ontluikend leven zou zijn vernietigd. Deze periode is gedateerd op 3,8 miljard jaar geleden, gebaseerd op gesteente dat van de maan is teruggebracht. Maar er is veel onzekerheid over dit cijfer, zegt Donoghue.
Voorzichtige voorspellingen
De reconstructie van de biologen suggereert ook dat LUCA genen had voor bescherming tegen uv-schade. Dat maakt het volgens de onderzoekers zeer waarschijnlijk dat LUCA aan het oppervlak van de oceaan leefde. Andere genen wijzen erop dat LUCA zich voedde met waterstof. Dat is in lijn met eerdere studies.
Onze voorouder kan deel hebben uitgemaakt van een ecosysteem van andere soorten primitieve cellen die uitstierven, speculeert het team. ‘Ik denk dat het extreem naïef is om te denken dat LUCA op zichzelf zou hebben bestaan’, zegt Donoghue.
‘Ik vind dit fascinerend vanuit evolutionair perspectief’, zegt geobioloog Greg Fournier van het de Amerikaanse universiteit MIT. ‘LUCA is niet het begin van het verhaal van het leven, maar slechts de laatste gedeelde vooroudertoestand waar we met behulp van genoomgegevens naar terug kunnen werken.’
De resultaten tonen ook dat LUCA een primitieve versie van het bacteriële afweersysteem CRISPR had, om virussen af te weren. ‘Zelfs 4,2 miljard jaar geleden vochten onze vroegste voorouders al tegen virussen’, zegt teamlid Edmund Moody, ook verbonden aan de Universiteit van Bristol.
Onzeker verleden
Terugblikken in het diepe verleden gaat met onzekerheid gepaard en Donoghue is de eerste om toe te geven dat zijn team ernaast kan zitten. ‘Het is bijna zeker helemaal verkeerd’, zegt hij. ‘We proberen grenzen te verleggen, en doen een poging om al het relevante bewijsmateriaal met elkaar te verbinden.’
‘Het zal niet het laatste woord zijn’, zegt hij. ‘Het zal niet eens ons eigen laatste woord zijn over dit onderwerp, maar we denken dat het een goed begin is.’
Bioloog Patrick Forterre van het Pasteur-instituut in Frankrijk, die de term LUCA bedacht, denkt ook dat de organismen niet geïsoleerd leefden. ‘Maar de bewering dat LUCA leefde vóór het late zware bombardement van 3,9 miljard jaar geleden is voor mij compleet onrealistisch’, zegt Forterre. ‘Ik ben er vrij zeker van dat hun strategie om de leeftijd en geneninhoud van LUCA te bepalen een aantal gebreken heeft.’
