Одна з «найгарячіших» дискусій у галузі філогенії живого стосується гіпотези LUCA (last unique common ancestor — останнього унікального спільного пращура). Ця дискусія розділила більшість філогенетиків на два табори: прихильників LUCA та його противників (останні віддають перевагу гіпотезі поліфілетичного походження всіх сучасних організмів). Оцініть ступінь обґрунтованості гіпотези «останнього унікального спільного пращура», спираючись на аналіз наявної доказової бази щодо можливих рис і властивостей LUCA.

Походження життя на земли - таємниця, яку, здається, ніколи не буде розкрито. Які б припущення на цей рахунок не висувалися, вагомих доказів їм не буде доти, поки людство не винайде машину часу і не побачить своїми очима, що саме відбувалося. Зараз же вченим доводиться спиратися на непрямі свідчення, які дозволяють відновити генеалогію життя до

Деяких таємнічіх предків.

Філогенетика або філогенетична систематика - область біологічної систематики, що займається проясненням еволюційніх взаємін серед різніх видів життя на Землі, як сучасності, так и вимерлих

Філогенетічне дерево (еволюційне дерево, дерево життя) - дерево, що відображає еволюційні взаємозв'язкі між різними видами, іншими таксонами, генами або іншімі об'єктами, що мають загального предка.

«Оскільки земля і океани, мабуть, були заселені рослинними організмами задовго до появи тварин і багато родин тварин з'явилися раніше за іншихродин, чи не можемо ми зробити висновок, що одна і тільки одна з ниток життя була першоджерелом усіх інших форм живих організмів на Землі ? »- запитував в 1794 році поет, лікар і різнобічно освічена людина Еразм Дарвін

У 1859 році в праці «Походження видів» Чарльз Дарвін запропонував свою теорію еволюції, зв'язавши таким чином усі живі організми - від найпростіших до найскладніших - в одну «сімейну лінію», припустивши їх спадкову спільність.

Він припустив, що «всі живі істоти, які коли-небудь жили на Землі, походять від однієї і тієї ж початкової форми».

Ідея єдиного спільного предка є центральною для теорії еволюції.

Згідно з версією сучасної науки про походження - менш барвистою, ніж біблійна історія, але не менш чудовою - Земля народилася разом із Сонцем та іншими планетами у вихорі газу і пилу близько 4,5 мільярдів років тому, через трохи більше ніж дев'ять мільярдів років після «великого вибуху ».

Менш ніж ще через півмільярда років вона дійсно прихистила життя, в особливості організм, який назвали останнім універсальним спільним предком (LUCA), який шляхом еволюції дав початок усім відомим живим істотам,маючи на увазі під цим якийсь теоретичний (або міфологічний - це вже як кому завгодно) організм, генетично споріднений всьому живому на нашій планеті

.

Еволюційна теорія стверджує, що схожість серед індивідуумів або видів часто вказує на загальне походження або загального предка.

Прихильники дарвінізму підтрімують думку, що

• Усі організми розвивалися від однієї або багатьох первинних форм, тобто монофілетічно, або олігофілетічно.

• Прихильники Концепції Номогенезу стверджують, що організміи розвивалися із багатьох тисяч первин них форм, тобто поліфілетічно.

Принцип монофілії - походження груп від однієї предкової форми - основа Але вислів «походження від єдиного предка» неможна вважаті буквально. Вид походить не від однієї особин, а як мінімум, від однієї популяції.

Ми познайомимо вас з різними поглядами на особливості ЛУКИ

Мова йде не про перший клітинний організм, а про невідому форму життя, яка дала початок всьому різноманіттю сучасних організмів

«Мені здається, це було щось схоже на пінку, що жила біля поверхні океану або на глибині, у геотермальних джерел. І на молекулярному рівні цей спільний предок був влаштований не менш складно і красиво, ніж сучасні форми життя », - вважає Теобальд.

.

Багато хто впевнений, що наш предок представляв собою набір молекул і їх частин, своєрідний хімічний бульйон, який еволюціонував згодом у більш складні форми. Згідно більш-менш популярній думці, предок виглядав як примітивний комплекс молекулярних ансамблів, «біохімічний суп», який згодом розвинувся в більш організовані і структуровані форми.

Біохіміки з Університету Монреаля спільно зі своїми французькими колегами. ідентифікували загальні генетичні елементи всього живого на планеті і на основі цих даних створили так зване дерево життя, де є спільні для всіх елементи і видові відмінності.Для дослідження вчені зібрали генетичні дані безлічі тварин, рослин, грибів і бактерій і спробували побудувати своєрідне "дерево життя", в якому простежили етапи еволюції організмів.

Зроблені біохіміками викладки показують, що перше життя на Землі справді виникло з єдиного джерела, причому в її основі лежала РНК.

Разом з останнім загальним предком жило безліч схожих на нього істот, самє він виявився найближчим спільнім предком всіх сучасних істот.

Провівши ряд аналізів разом з колегами з Ліона і Монпельє, Франція, вчені спростували колишні уявлення про LUCA, Раніше вважалося, що загальний предок був теплолюбним і нагадував ті дивні сучасні організми, які живуть у підводних термальних джерелах при температурі вище 90'C. Однак аналіз показав, що насправді LUCA жив при більш низьких температурах, що не перевищують 50'C. Через своєї чутливості LUCA існував в тих областях, де мікроклімат був досить прохолодний. Тим не менш, у ньому тривав еволюційний синтез білків, який призвів до появи більш стабільної і міцної ДНК Щоб прийти до такого висновку, фахівцям довелося проаналізувати генетичні дані сучасних тварин, рослин і бактерій і виявити їх загальні риси.

Останнім часом Луці стали відводити більш похмуре місце проживання, коли стало відомо, що глибинні підземні та підводні камені засіяні мільярдами літотрофних бактерій.

Тоді Луку поселили глибоко під землею, ближче до вулканічної лави, де його їжею були сірка, залізо, водень та вуглець.

Але цілком імовірно, що LUCA був досить складним організмом, чия внутрішня структура була схожа з клітиною.

Звичайно, LUCA не був першою живою істотою на світі: його появі передувала довга еволюція (у ході якої, зокрема, сформувався сучасний генетичний код і апарат синтезу білка,

Одночасно з LUCA, швидше за все, жили й інші істоти, але їхні нащадки вимерли. Якщо життя один раз зародилася на Землі або в космосі, те теоретично воно могло зародитися й кілька разів

Більш ймовірно, що йому просто пощастило вижити серед інших і дати початок усім біологічним видам існуючим понині.Тобто, він міг виявитися набагато складніше первинного бульйону, проте підтверджень цієї теорії досі не було.Можливо, що всі сучасники останнього загального предка вимерли і до сьогоднішнього дня дійшло тільки його генетичний спадок. Або, як було запропоновано Карлом Воуз, можливо, ніякої з окремих організмів не може розглядатися в якості останнього загального предка, але генетична спадщина всіх сучасних організмів відбулося за допомогою горизонтального переносу генів серед стародавнього співтовариства

.

.

В кінці 1970-х рр.. Карл Воуз запропонував трехдоменную класифікацію організмів. Вважаючи, що представники першої з виділених їм груп прокаріот можуть бути більш давніми, ніж власне бактерії, Воуз назвав їх архей, або археями . Це твердження було підкріплено тим, що всі відомі археї мали вкрай високу стійкістю до екстремальних станів навколишнього середовища, таким як висока солоність, температура і кислотність, і привело деяких учених до припущення, що останній загальної предок розвивався в таких місцях, як «чорні курці», де такі крайнощі панують понині. Однак згодом він дійшов висновку про те, що обидві групи походять від загального предка і запропонував термін "Прогенота" для позначення примітивної

групи

До цих пір ведуться дебати, чи був LUCA клітиною чи ні. Зрозуміло, що всі міркування на цей рахунок будуються на здогадах і дуже непрямих доказах.

Тобто, щоб мати право стверджувати наявність загального спільного предка, треба мати докази, які вказують на максимальну спорідненість всіх орнгвнізмів, які існують на Землі.

Стандартний підхід до цієї теми - знайти докази:

Біохімічні, цитологічні,молекулярно – генетичні, порівняльно – анатомічні, ембріологічні, біогеографічні, палеонтологічні, генеалогічні

Але, оскільки мова йде про всі три домени живого:археї, бактерії та еукаріоти, а також про групу без рангу – віруси, то ми обмежимось доказами біохімічними, молекулярно – генетичним, цитологічним, палеонтологічним і сучасними статистичними.

.

Біохімічні докази єдності походження органічного світу.

1. Всі організми, будь то віруси, бактерії, рослини, чи тварини, гриби, мають дивно близький елементарний хімічний склад.

2. В усіх у них особливо важливу роль у життєвих явищах грають білки і нуклеїнові кислоти, що побудовані завжди по єдиному принципу і з подібних компонентів. Високий ступінь подібності виявляється не тільки в будові біологічних молекул, але й у способі їхнього функціонування. Принципи генетичного кодування, біосинтезу білків і нуклеїнових кислот єдині для всього живих

3. У переважної більшості організмів як молекули-акумулятори енергії використовується АТФ, однакові також механізми розщеплення цукрів і основний енергетичний цикл клітки

Молекулярно - генетичні докази

Широко відомий бельгійський професор Християн де Даве, автор книги "Розвиток життя", у своїй лекції "Останній загальний універсальний предок " синтезував всі останні дані про хімічну еволюцію вуглеводневої речовини і його структурної організації від космічної хімії через предбіологічну хімію до біохімії. Він вибудував дуже строгий ряд структурно-хімічної еволюції з трьох стадій:

• перед-РНК, РНК і білок - ДНК до останнього універсального спільного предка - LUCA.

• Християн вважає РНК, білки та інші компоненти життя предбіологичними структурами, Чи не про цю нитку думав Еразм Дарвін)

В останні роки з'явилися нові підтвердження того, що в основі перших форм життя лежала рнк.

• РНК - це та хімічна субстанція, яка пов'язує між собою ДНК і білки. Зараз РНК використовується в клітині головним чином як проміжне повідомлення для трансляції коду ДНК у послідовність амінокислот у білку. Але все менше залишається сумнівів, що саме РНК була попередницею обох - білка і ДНК

• Можливо, якщо синтезувати випадковим чином молекули РНК прямо в пробірці, можна отриматисполуку, яка за своїми хімічними властивостями буде відповідати першоджерелу життя.

Спільнім предком усіх архей, бактерій та еукаріотів була величезна істота, що заповнювала собою чи не весь праісторічній океан. Таку дивовижна гіпотезу запропонував Густаво Каєтано-Анольєс Із Універсітету Іллінойсу (США).

Він пропонує говорити про цього предка в однині: за його словами, це був величезний мегаорганізм, що займав якщо не всю, то більшу частину біосфери планети. Його багатоклітінне тіло було занурене в океан, причому різні клітини не конкурували одна з одною, а знаходится у відносинах взаємодопомоги (приблизно як клітини нашого тіла, тільки не у такій тісній інтеграції та взаємозалежності). У якийсь момент загальний предок розділився на трьох «нащадків» - бактерій, архей и еукаріотів Останні потім розійшліся на рослини, тварини та гриби.

Гіпотеза набула досить багато прихильніків, и деякі дослідники почали пошуки загальних білків, , які говорили б про приналежність всіх трьох гілок життя одному «тілу». Таких білків, як стверджують вчені, існує від 5 до 11%,

Втім, деякі риси цього мегапредка викликають суперечки навіть у прихильників теорії. Так, у журналі New Scientist з'явилася стаття, автор якої, Майкл Маршал, сумнівається, що цей організм був дійсно багатоклітинним. Йому здається, що клітинні стінки в останнього універсального спільного предка ще не сформувалися. Крім того, молекулярним інформаційним носієм у той час була, очевидно, не ДНК, а РНК.

Цітологічні докази єдності

Дослідникам з Університету Іллінойсу (США) вдалося виявити у бактерій внутрішньоклітинну структуру, яку можна поставити в один ряд з органелами клітин еукаріотів - зони підвищеної концентрації поліфосфатів, таких як АТФ. Ці зони по фізичних, хімічних і функціональних характеристиках були схожі на аналогічні структури в клітинах еукаріотів ( ацидокальцісоми) і можуть вважатися найпростішими клітинними органелами.

Після того як бактерії стараннями вчених-таки отримали органели, виявилося, що і в бактеріальних, і в еукаріотичних структурах працює один фермент - протонна пірофосфатази. Згодом і полі фосфатні «склади», і цей фермент були виявлені у архей. Універсальність цієї простої органели навела дослідників на думку, що вона належала ще самому останньому загальному предку.

Щоб підтвердити свою здогадку, вчені побудували генеалогічне дерево протонної пірофосфатази. В результаті в різній мірі близькі один одному гени пірофосфатази були знайдені у 31 виду еукаріот, 231 виду бактерій і 17 видів архей. Найпростіше пояснення отриманим результатам - те, що цей фермент дійсно перейшов у спадок від єдиного предка, у якого були і цей фермент, і органела.

Це відкриття свідчить про те, що ацідокальцісоми з'явилися до того, як розійшлися еволюційні шляхи прокаріотів клітин (бактерії) і еукаріотичних.