De laatste gemeenschappelijke voorouder van alle levende organismen (LUCA) leefde ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, dat wil zeggen dat hij praktisch even oud is als de planeet. Biologen kwamen tot zo'n onverwachte conclusie, door datering toe te passen volgens de methode van "moleculaire klok" … Het resultaat wordt gepresenteerd in een wetenschappelijk artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology & Evolution door een groep onder leiding van Davide Pisani van de Universiteit van Bristol.
De traditionele bron van informatie over de evolutie van het leven zijn natuurlijk fossielen. Maar de aarde is een veranderende planeet. Erosie, continentale beweging, vulkanische activiteit en andere geologische processen wissen geleidelijk de sporen uit het verleden. Informatie over de Archean Eon (4,0-2,5 miljard jaar geleden) is extreem fragmentarisch. Bovendien is het soms volkomen moeilijk te begrijpen of de gevonden fossielen van biologische oorsprong zijn.
Het fossielenbestand is echter niet de enige bron van informatie over de ontwikkeling van het leven. De evolutionaire boom van levende organismen kan niet alleen worden gebouwd op basis van hun anatomie, maar ook door de DNA-code te interpreteren. De overeenkomsten en verschillen in het genoom geven aan hoe nauw verwant bepaalde groepen levende wezens zijn, en maken het mogelijk om vast te stellen wie van wie afstamt. Dit gebeurt op vrijwel dezelfde manier als bij de analyse van fossielen. Alleen als paleontologen beschikken over een beperkt aantal uiterlijke kenmerken die ze met elkaar kunnen vergelijken, staat de genetica in een betere positie: elk van de vele duizenden genen kan in feite als een apart kenmerk worden beschouwd.
Genetische methoden maken het mogelijk om evolutionaire gebeurtenissen te produceren en te dateren. Het is gebaseerd op de moleculaire klokmethode. De essentie is in algemene termen eenvoudig: men gelooft dat mutaties zich met dezelfde gemiddelde snelheid ophopen (hoewel het in sommige gevallen de moeite waard is om belangrijke wijzigingen op deze regel te overwegen). Daarom kan men aan de hand van het aantal mutaties dat twee evolutionaire takken onderscheidt, beoordelen hoe lang geleden ze uiteenliepen.
Over het geheel genomen zijn de resultaten verkregen met twee methoden (genomisch en paleontologisch) in goede overeenstemming met elkaar. Dit bewijst eens te meer dat de wetenschap in algemene termen de geschiedenis van het leven op aarde correct weergeeft. In die gevallen waarin het fossielenbestand slecht is (zoals bijvoorbeeld in het Archeïsche tijdperk), kunnen genomische methoden het gebrek aan kennis compenseren.
De groep van Pisani herberekende de mutatiesnelheid en bouwde een evolutionaire levensboom, voornamelijk vertrouwend op genomische technieken, maar ook met behulp van gedateerde fossielen. De resultaten zijn indrukwekkend.
Promotie video:
Bedenk dat de oudste fossiele sporen van leven 3,95 miljard jaar oud zijn. Dit betekent echter niet dat de resultaten van de auteurs van het nieuwe werk in tegenspraak zijn met de paleontologische gegevens.
Feit is dat bijna alle fossielen van welk tijdperk dan ook zijn begraven in afzettingsgesteenten. De oudste sporen van leven verwijzen respectievelijk naar de oudste nog bestaande sedimentaire gesteenten op aarde. Dat wil zeggen, het leven had veel eerder kunnen bestaan, maar er waren geen geologische omstandigheden waardoor de sporen onze tijd zouden bereiken.
Verschillende andere belangrijke evolutionaire gebeurtenissen zijn ook opnieuw gedateerd. Dus, bacteriën en archaea, volgens de berekeningen van de auteurs, scheidden niet eerder dan 3,4 miljard jaar geleden. Eukaryoten (die met name allemaal meercellig zijn) verschenen ongeveer 1,84 miljard jaar geleden. De laatste gemeenschappelijke voorouder van alle mitochondriën (bedenk dat deze cellulaire organellen, volgens algemeen aanvaarde concepten, voorheen afzonderlijke organismen waren) leefde 2.053-1.21 miljard jaar geleden.
De meest sensationele resultaten hebben natuurlijk betrekking op de levensduur van LUCA. Ze bedoelen dat het leven eigenlijk even oud is als de aarde, omdat de vorming van de planeet ongeveer 4,5 miljard jaar geleden eindigde. Kort daarna sloeg Theia toe, waarna de planeet helemaal geen vast oppervlak had, dat een continue oceaan van vuurspuwende lava voorstelde.
De vorming van levende wezens uit primair organisch materiaal duurde dus tientallen, minstens twee of driehonderd miljoen jaar. Als de resultaten van Pisani en collega's worden bevestigd, zullen experts de vraag moeten beantwoorden hoe het proces van de geboorte van het leven zo snel kan worden voltooid.
De kans op een fout kan echter nog niet worden uitgesloten. We hebben al gezegd dat er belangrijke subtiliteiten zijn in de moleculaire klokmethode. Wetenschappers hebben dus bewezen dat er in de geschiedenis van het leven tijdperken zijn geweest waarin mutaties veel vaker voorkwamen dan gemiddeld. Bovendien zijn sommige delen van het genoom gevoeliger voor verandering dan andere. Verder hebben sommige organismen een mutatiecontrolesysteem: wanneer ze zich in ongunstige omstandigheden bevinden, versnellen ze doelbewust de mutagenese "in de hoop" een nieuwe eigenschap te verkrijgen waarmee ze zich kunnen aanpassen aan een nieuwe omgeving. Zo ontwikkelen bacteriën bijvoorbeeld antibioticaresistentie.
Natuurlijk houden biologen, die de moleculaire klokmethode gebruiken, rekening met al deze nuances. Maar niemand kan garanderen dat er nog steeds geen factor is die de dateringsresultaten verstoort. Experimenten doen tegenwoordig de ene verrassing na de andere, en de moleculaire grondslagen van het leven worden steeds complexer dan we ons hadden voorgesteld.
Anatoly Glyantsev
