Het leven op aarde kan zijn ontstaan ​​in koude omstandigheden nabij het oppervlak, voordat het zich naar warmere omgevingen verspreidt, volgens onderzoek dat de mogelijke gensequenties analyseert die tot het vroegste leven behoren.

Al het leven op aarde vindt zijn oorsprong in twee verschillende ontwikkelingen in de biologische geschiedenis van onze planeet. Dit zijn de opkomst van de eerste levensvormen miljarden jaren geleden, en de daaropvolgende evolutie van de laatste universele gemeenschappelijke voorouder (LUCA) van alle bestaande organismen.

Wat ze toen ook waren, deze twee uitgestorven soorten - het eerste leven en LUCA - bezetten waarschijnlijk radicaal verschillende omgevingen, wat suggereert dat het vroege leven een reeks evolutionaire veranderingen moest ondergaan waarvan sporen nog steeds detecteerbaar zijn in organismen die vandaag de dag leven.

"Het kan nodig zijn om in een vroeg stadium met dergelijke omgevingsvariabiliteit om te gaan om het niveau van complexiteit op te bouwen dat nodig is voor LUCA om het evolutionaire potentieel te hebben om door te gaan met het diversifiëren en koloniseren van bijna elke habitat op aarde gedurende vier miljard jaar, "Gré Fournier, een evolutionair bioloog aan het MIT, vertelt Astrobiology Magazine.

Fournier en zijn collega Marjorie Cantine hebben hun bevindingen in het tijdschrift beschreven Oorsprong van leven en evolutie van biosferen .

Hoewel tegenwoordig DNA de boventoon voert als de blauwdruk van het leven, een theorie die door veel evolutionaire biologen wordt gedeeld, is dat de eerste levende wezens op aarde mogelijk het eenvoudigere RNA-molecuul gebruikten, die in staat is om zowel genetische informatie zoals DNA te coderen als vitale chemische reacties te veroorzaken, zoals veel eiwitten.

De onderzoekers analyseerden records van gensequenties die worden gevonden in alle organismen die momenteel op aarde leven, inclusief degenen die waarschijnlijk lijken op de oudste organismen van de aarde, om erachter te komen welke sequenties het vroege leven waarschijnlijk bezat. Vervolgens onderzochten ze eerder onderzoek naar hoe goed deze RNA-sequenties presteren in verschillende omstandigheden, zoals temperatuur, zuurgraad en straling om af te leiden hoe de omgeving van het vroegste leven op aarde eruit zou kunnen zien.

Ultraviolet licht kan RNA beschadigen, maar het kan ook chemische reacties hebben veroorzaakt die hebben bijgedragen aan het creëren van belangrijke bouwstenen van het leven. Ten tijde van de oorsprong van het leven, ongeveer 4,4 miljard jaar geleden, de zon straalde meer ultraviolette stralen uit dan nu. De wetenschappers suggereerden dat het leven voor het eerst ontstond in de buurt van het aardoppervlak onder een of andere vorm van stralingsschild, zoals water, ijsbedekking, sediment of andere barrières, en hadden toegang tot niet-afgeschermde omgevingen die belangrijke biomoleculen konden genereren.

De temperaturen op aarde waren in die tijd mogelijk ook relatief koud, gezien de koelere jeugd van de zon, genoeg om significant oceaanijs te vormen. Het is gemakkelijker voor aminozuren (de bouwstenen van eiwitten) en lange RNA-moleculen om bij lagere temperaturen te assembleren. Bovendien, ijzige oppervlakken en sneeuwbrij kunnen samen geconcentreerde biomoleculen hebben om het ontstaan ​​van leven te bevorderen.

In tegenstelling tot, de laatste universele gemeenschappelijke voorouder - de microbiële soort waaruit al het leven dat vandaag bestaat voortkwam - mogelijk bij gematigde temperaturen heeft geleefd, misschien minstens vier miljard jaar geleden. Wetenschappers kunnen vermoeden hoe LUCA eruit zag door te kijken naar welke genen organismen op aarde tegenwoordig gemeen hebben, analyseren hoe deze genen in de loop van de evolutie veranderden, en afleiden hoe de voorouderlijke versies van deze genen eruit zouden kunnen zien. De DNA-sequenties die de ongeveer 600 genen van LUCA vormen en de aminozuren waaruit de eiwitten bestaan, zijn meestal het meest stabiel bij gematigde temperaturen, aldus de onderzoekers.

"Voortbouwend op het werk van vele anderen, we suggereren dat het leven zich al heel vroeg in zijn geschiedenis verspreidde in en zich aanpaste aan nieuwe omgevingen, " zegt co-auteur Marjorie Cantine, een geobioloog aan het MIT.

De wetenschappers suggereerden ook dat LUCA op het aardoppervlak leefde, in tegenstelling tot andere studies die suggereren dat LUCA rond hydrothermale bronnen in de diepzee leefde. Als LUCA inderdaad op het aardoppervlak is ontstaan, dan bezat het waarschijnlijk genen die zowel het soort schade repareren dat ultraviolet licht veroorzaakt als bijna-ultraviolet licht nodig hebben om deze reparaties aan te drijven; het zijn deze genen die Fournier en Cantine suggereren dat LUCA werd blootgesteld aan ultraviolet licht van de zon nabij het oppervlak.

De onderzoekers suggereerden dat aangezien het leven blijkbaar in een heel andere omgeving is ontstaan ​​dan die waarin LUCA leefde, vroege organismen zijn waarschijnlijk geëvolueerd om radicale veranderingen in hun omgeving te overleven. Dergelijke dramatische verschuivingen kunnen het Late Heavy Bombardement omvatten, waarbij zwermen asteroïden en kometen in botsing kwamen met de aarde en de rest van het binnenste zonnestelsel; de vorming van continentale korst; en de wijdverbreide opkomst van vloeibaar water op het aardoppervlak.

Een belangrijke vroege aanpassing omvatte waarschijnlijk cellulariteit - dat wil zeggen, verzamelen alles over zichzelf in een celmembraan. Cellulariteit zou van cruciaal belang zijn geweest voor organismen die zich van hun oorspronkelijke instellingen zouden verspreiden en zich zouden diversifiëren naar nieuwe omgevingen.

Ervan uitgaande dat het vroege leven zich heeft aangepast om te overleven in een dambord van veel verschillende soorten omgevingen, "De complexe ecologische relaties tussen verschillende soorten kunnen vanaf het begin een deel van het leven op aarde zijn geweest, en LUCA is slechts één voorbeeld van het leven dat toen mogelijk bestond, ' zegt Fournier.

"Misschien was een snelle totstandkoming van complexe ecologische en ecologische relaties zelfs nodig om het vroege leven te laten voortduren, ", voegt Cantine toe.

Het beeld dat Cantine en Fournier schetsten van de vroege evolutie van het leven op aarde is slechts één aannemelijk scenario. "Onze interpretatie, zoals anderen, vertrouwt op een beperkt [genetisch] record en is een bijdrage aan een levendig debat, ' zegt Cantine.

De onderzoekers merken op dat, bij het zoeken naar mogelijke tekenen van leven op Mars, zoekopdrachten mogen niet worden beperkt tot mogelijke omgevingen waarin het leven zou kunnen zijn ontstaan, aangezien het leven op Mars mogelijk naar andere omgevingen is verhuisd sinds het opkwam. In plaats daarvan, Cantine en Fournier stellen voor dat de zoektocht naar leven op Mars zich moet concentreren op die omgevingen die het meest waarschijnlijk sporen van leven hebben vastgelegd en bewaard.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.