Ένα χρονοδιάγραμμα για την προέλευση και εξέλιξη της όλης ζωής στη Γη

Η εργασία των ερευνητών από τα Πανεπιστήμια Bristol και Bath, η οποία δημοσιεύθηκε στο Nature Ecology and Evolution, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον αφού εξηγεί την ιστορία της όλης ζωής στη Γη από τη διαμόρφωσή της μέχρι σήμερα, συνδυάζοντας γονιδιωματικά και απολιθωματικά δεδομένα. Απαντά έτσι σε μια από μακρόν αναζήτηση των παλαιοντολόγων για την κατανόηση της αρχαίας ζωής και της κοινής εξελικτικής ιστορίας ως όλον. Ο συνδυασμός των δυο περιοχών δεδομένων συνέβαλλε στο να ξεπεραστούν μια σειρά από προβλήματα που «θόλωναν» την εικόνα που οι επιστήμονες προσπαθούσαν να διαμορφώσουν.

Η έρευνα των παλαιοντολόγων, συνήθως, στηρίζεται στο αρχείο των απολιθωμάτων που υπάρχουν. Όμως αυτό το αρχείο για την πρώιμη περίοδο της ζωής είναι εξαιρετικά αποσπασματικό και η ποιότητά του σημαντικά χειροτερεύει όσο η έρευνα αναζητά πίσω στο χρόνο προς την Αρχαιοζωική Περίοδο, πριν από περισσότερα από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Τότε που η γήινη κρούστα είχε ψυχθεί αρκετά για να επιτρέψει τον σχηματισμό ηπείρων και η μόνη μορφή ζωής στη Γη ήταν τα μικρόβια.

Η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Holly Betts, από τη Σχολή των Επιστημών Γης του Πανεπιστημίου του Bristol, καταγράφει το πρόβλημα: «Υπάρχουν λίγα απολιθώματα από την Αρχαιοζωική Περίοδο και αυτά γενικά δεν μπορούν να αντιστοιχίσουν με σαφήνεια στη γενεαλογία με την οποία είμαστε εξοικειωμένοι, όπως τα κυανοπράσινα φύκη ή τα αλόφιλα (μπορούν να αναπτυχθούν στο αλάτι) αρχαιοβακτήρια, που χρωματίζουν τα αλμυρά έλη, σε όλο τον κόσμο, ροζ. Το πρόβλημα με το πρώιμο απολιθωματικό αρχείο της ζωής είναι ότι αυτό είναι τόσο περιορισμένο και δύσκολο να ερμηνευθεί – με την προσεκτική εκ νέου ανάλυση μερικών από τα πολύ παλαιότερα απολιθώματα να έχει δείξει αυτά να είναι κρύσταλλοι και καθόλου απολιθώματα».

Τα αλόφιλα αρχαιοβακτήρια, που χρωματίζουν τα αλμυρά έλη, σε όλο τον κόσμο, ροζ.

Τα απολιθωματικά στοιχεία για την πρώιμη ιστορία είναι τόσο αποσπασματικά και δύσκολο για να εκτιμηθούν που οι νέες ανακαλύψεις και οι επανερμηνείες των γνωστών απολιθωμάτων έχουν οδηγήσει σε πολλαπλασιασμό των αντικρουόμενων ιδεών σχετικά με το χρονοδιάγραμμα της πρώιμης ιστορίας της ζωής. Η επιστημονική ομάδα καταφέρνει να υπερβεί το πρόβλημα χρησιμοποιώντας ένα δεύτερο υπάρχον αρχείο της ζωής που διατηρείται στα γονιδιώματα όλων των ζωντανών δημιουργημάτων, αφού – σύμφωνα με τον καθηγητή στην ίδια σχολή, Philip Donoghue, «τα απολιθώματα δεν αποτελούν τη μόνη γραμμή στοιχείων για να κατανοήσουμε το παρελθόν».

Όπως αναφέρει στην ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου ο επίσης συγγραφέας της μελέτης Dr Tom Williams, από τη Σχολή Βιολογικών Επιστημών του Bristol, ο συνδυασμός των απολιθωματικών και γονιδιωματικών πληροφοριών οδήγησε στη χρήση μιας προσέγγισης που αναφέρεται ως «μοριακό ρολόι», η οποία γενικώς βασίζεται στην ιδέα ότι ο αριθμός των διαφορών στα γονιδιώματα δυο ζώντων ειδών (ας πούμε ενός ανθρώπου και ενός βακτηρίου) είναι ανάλογος με το χρόνο από τότε που μοιράζονται έναν κοινό πρόγονο. Κάνοντας χρήση αυτής της μεθόδου η ομάδα του Bristol και ο Mark Puttick από το Πανεπιστήμιο του Bath μπόρεσαν να παραγάγουν ένα χρονοδιάγραμμα για την ιστορία της ζωής στη Γη που δεν βασίζεται στη πάντα μεταβαλλόμενη ηλικία του παλαιότερου αποδεκτού απολιθωματικού στοιχείου της ζωής.

Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση αυτή οι ερευνητές μπόρεσαν να δείξουν ότι ο κοινός πρόγονος «LUCA» [Last Universal Common Ancestor] όλων των κυτταρικών μορφών ζωής, υπήρξε πολύ νωρίς στην γήινη ιστορία, περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν – όχι πολύ καιρό μετά από τη σύγκρουση της Γης με τον πλανήτη Theia, το γεγονός που αποστείρωσε τη Γη και οδήγησε στο σχηματισμό της Σελήνης. «Αυτό είναι σημαντικά νωρίτερα από ότι το παλαιότερο αποδεκτό σήμερα απολιθωματικό στοιχείο θα υποστήριζε», αναφέρει στην ίδια ιστοσελίδα ο καθηγητής Davide Pisani, από τη Σχολή των Επιστημών Γης του Bristol. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι δυο «πρωτεύουσες” γενεαλογίες της ζωής αναδύθηκαν από τον LUCA (τα Ευβακτήρια και τα Αρχαιοβακτήρια), περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τον LUCA».

Το αποτέλεσμα θεωρείται από τους επιστήμονες απόδειξη της ισχύος της γονιδιωματικής πληροφορίας, καθώς θεωρείται αδύνατο, με βάση την απολιθωματική πληροφορία που διατίθεται, να γίνει διάκριση μεταξύ των παλαιότερων ευβακτηριακών και αρχαιοβακτηριακών απολιθωματικών λειψάνων. Η μελέτη επιβεβαιώνει τις σύγχρονες απόψεις ότι οι ευκαριώτες, η γενεαλογία στην οποία ανήκει η ανθρώπινη ζωή (μαζί με τα φυτά και τους μύκητες, για παράδειγμα), δεν είναι μια πρωτεύουσα γενεαλογία της ζωής. Για να σχολιάσει ο καθηγητής Pisani: «Είναι μάλλον υποτιμητικό να θεωρούμε ότι ανήκουμε σε μια γενεαλογία που είναι δισεκατομμύρια χρόνια νεότερη από ότι η ίδια η ζωή».