The Last Universal Common Ancestor ( DACU ) er den siste organismen som alle arter som for tiden lever på jorden kommer fra. Begrepet på engelsk Last Universal Common Ancestor har akronymet LUCA .
LUCA ville ha vært aktiv for 3,3 til 3,8 milliarder år siden. Det skal ikke forveksles med den første levende organismen . Det var en ganske kompleks organisme, allerede et resultat av en lang evolusjon preget av naturlig utvalg.
Antagelsen bak dette begrepet LUCA er at alle levende ting stammer fra vanlige forfedre , i en tid da den eneste reproduksjonen var celledeling . Dette innebærer eksistensen i en fjern fortid av en celle som:
LUCA skal ikke forveksles med den første levende organismen , og heller ikke med den siste forfaren til alle livsformer som har levd på jorden (inkludert de som nå er utdødd). Kompleksiteten til RNAene og proteinene den inneholdt, innebærer at den selv kom fra en evolusjonær linje og at den sannsynligvis eksisterte sammen med andre livsformer som ikke etterlot nåværende etterkommere.
Carl Woese hadde i 1977 foreslått uttrykket stamfader for å betegne en primitiv levende organisme som søker å skaffe seg kontroll over fenotypen gjennom sitt genom og som vil være forfedre til alle levende ting. LUCA ville være ifølge ham den siste stamfaren før de levendes forgrening slik vi kjenner den.
Det engelske begrepet cenancestor ( " cenancestor " ), dannet etter de greske kainos ( "nylig" ) og koinos ( "vanlig" ), ble foreslått av Fitch og Upper i 1987.
Navnet LUCA ble foreslått i 1994 av Christos Ouzounis og Nikos Kyrpides. Det ble popularisert av et 1996-seminar organisert av Patrick Forterre og Treilles-stiftelsen . De CNRS setter frem en mulig nikk til Lucy , en Australopithecus oppdaget i 1974, som Anglo-Saxon kilder ikke gjenta.
Richard Dawkins bruker begrepet concestor ( felles forfedre ), laget av Nicky Warren. Gustavo Caetano-Anollés kaller det urancestor (absolutt stamfar).
I denne tilnærmingen støttet av cellegenealogi, er ikke virus inkludert i levende ting. Problemet med fylogenien oppstår, men den vanlige opprinnelsen til virus kan ikke demonstreres ved sammenligning av deres nukleotidsekvenser , og for øyeblikket hevder ingen klassifisering av virus å være fylogenetisk.
På den annen side har virus spilt en betydelig rolle i utviklingen av levende organismer ved å utføre genoverføringer. Det er sannsynlig at archaea og bakterier har fått en del av DNA sitt fra virus.
LUCA ville blitt delt inn i to datterceller ved opprinnelsen til de to første linjene som fremdeles har etterkommere i dag.
De tre viktigste linjene av levende ting er bakterier , archaea (begge består av encellede organismer med cellefrie celler, kjent som prokaryoter) og eukaryoter (mono- eller flercellede organismer der cellen (e) har en kjerne, og hvorav spesielt planter, sopp og dyr). Disse tre linjene har felles 3 RNA-molekyler og 34 proteiner tilstede i ribosomet . Dette settet er for komplisert til å ha blitt anskaffet uavhengig av organismer som er så fjerne som bakterier , archaea og eukaryoter . I tillegg til disse 34 universelle proteinene inneholder moderne ribosomer mange andre proteiner som er vanlige, enten til et av de tre domenene til levende ting, eller til archaea og eukaryoter.
Problemet med fylogenien til opprinnelsen er å bestemme hvilken som var den første bifurkasjonen, det vil si hvilken av linjene til eubakterier , archaea eller eukaryoter som ble løsrevet først fra forfedren til de andre to (derfor å være broregruppen til alle de andre). Nåværende studier anser at bakterier og arkeaer er de to første grenene av livets tre , eukaryoter dukket opp blant arkiene i Asgård ved endosymbiose, en med en α- proteobakterie som ble mitokondrier og en fortsatt dårlig prosess. Inkludert for kjernen.
Minoritetsstudier konkluderte annerledes ved å vurdere at nyhetene (kladen inkludert arkeaene og eukaryotene) stammer fra bakteriene (som da vil danne en parafyletisk gruppe ), enten i grenen av Firmicutes , eller at grenen av Chloroflexi vil være broregruppen til en klade som samler Archaea, eukaryoter og resten av bakteriene, som foreslått av Thomas Cavalier-Smith . I følge andre forfattere ville LUCA ha vært eukaryotisk, og ville da ha født en linje med bakterier og arkeaer ved evolusjonær forenkling .
Eksistensen av LUCA er ikke bevist av fossiler, men antas å analyseres av de levende genetiske linjer. De tegnene LUCA er trukket fra de som deles av hans etterkommere. Arbeid innen evolusjonsbiologi gjør det mulig med mer og mer presisjon å beskrive historien til levende vesener, og spesielt hvordan karakteristikker dukket opp, enten de deles av de viktigste levestedene .
I følge Patrick Forterre er LUCA "en ganske kompleks celle" , som skyldes en lang utvikling fra gamle celler som har metabolisme og er i stand til å reprodusere.
Den hadde en membran bestående av terpenoider , enklere enn de av nåværende celler. Det var sannsynligvis ikke en fri organisme, men innesperret i mikro porene alkaliske hydrotermale kilder. Dens metabolisme er basert på redoksreaksjoner . Hydrogen i vann, redusert med Fe 2+, kan brukes til å fikse CO 2 . Hun hadde ikke et enzym som tillot henne å mate på eksisterende organisk materiale .
På den annen side har den mange enzymer involvert i metabolismen av nukleotider og et primorial ribosom som tillater syntese av proteiner, men på en fortsatt upålitelig måte. Hun hadde absolutt "noen hundre gener" og et RNA- genom . I tillegg til de tre store universelle RNAene (16S, 23S og 5S), besto ribosomet av rundt tretti proteiner (sammenlignet med 60 til 80 for dets moderne etterkommere). Det antas at DNA ble introdusert senere og uavhengig, inn i bakterielinjen og som førte til archaea og eukaryoter , fordi proteinene som replikerer det er forskjellige i disse to linjene. De 33 ribosomale proteinene som er karakteristiske for archaea og eukaryoter erstattes av 23 andre som er veldig forskjellige i bakterier. De ble sannsynligvis tilsatt ribosomet til disse organismer av virus etter divergensen mellom de to linjene.
LUCA var også kompleks når det gjelder mobilstruktur. Det antas å ha organeller som ligner på acidocalcisomes for å lagre energi . Disse mobilstrukturene skulle akkumulere forbindelser som polyfosfater som lagret energi i sine fosfoanhydridbindinger. Disse energiske forbindelsene var nødvendige for tioestere og pyrofosfater som tillot transport av energi fra det omgivende mediet til fordel for metabolismen av denne stamcellen.
En studie publisert i 2016 av William Martin , som analyserte 6,1 millioner gener som koder for proteiner avledet fra sekvenseringen av genomet til mange prokaryoter (1847 bakteriegenomer og 134 arkeagener ), identifiserte 355 klynger proteiner som sannsynligvis deles med LUCA, blant de 286 514 klynger studert. Dette gjør det mulig å beskrive LUCA som en autotrof , anaerob , termofil organisme , avhengig av hydrogen og karbondioksid med en reduserende bane for acetyl-koenzym A og i stand til å fiksere dinitrogen . LUCA brukte en kjemo-osmotisk kobling på hver side av cellemembranen for å produsere ATP ved bruk av et enzym av ATP-syntase . Tilstedeværelsen av DNA- revers gyrase -enzym i den teoretiske genomet til LUCA, et enzym spesifikt for termofile organismer , antyder at LUCA utvikles i nærheten av hydrotermale , et anaerobt miljø rikt på H- 2, CO 2og jern. Denne studien gjorde det også mulig å demonstrere tilstedeværelsen av gener som koder for S-adenosylmetionin , noe som indikerer at LUCA utførte kjemiske modifikasjoner av nukleosider i både tRNA og rRNA . William Martin studie hypothesizes at LUCA var avhengig av abiotiske og spontan syntese av metan fra H 2og CO 2til stede i hydrotermiske ventilasjoner i omgivelsene, og understreker viktigheten av metylgrupper i utviklingen av LUCA-metabolisme. Denne studien antyder også at metanogene organismer og acetogenic clostridia er de nåværende nærmeste slektningene til LUCA.
Slik som det gjøres av Manolo Gouy, er LUCA sannsynligvis ikke hyperthermophilic fordi det ribosomale RNA og viser ikke den styrke i G - C- parene som er typisk for disse organismer. Det ville være ganske mesofilt (20 til 60 ° C). Noen bakterier og archaea utviklet seg senere i en veldig varm biotop og ble hypertermofile (som krevde eksistensen av DNA , som er mer stabil enn RNA ved disse temperaturene). Denne konteksten kan ha favorisert “de overflatiske likhetene som vi observerer mellom arkea og bakterier, det vi kan kalle den prokaryote“ fenotypen ”.
Det opprinnelige konseptet med LUCA er basert på hypoteser som ser bort fra fenomenene konjugasjon , endocytose eller genetisk overføring, som involverer to celler. For eksempel kan kjernen til eukaryote celler ha et tydelig forfedre fra protoplasma . Faktisk, i seksuell reproduksjon har kjernen et forfedre som er forskjellig fra protoplasmen, den første kommer halvparten fra hver av foreldrene, den andre kommer ofte utelukkende fra moren, spesielt når det gjelder mitokondriene og kloroplaster i tilfelle Anlegg.
Mer nylig XXI th århundre , LUCA er heller sees på som en befolkning på protocells i stand til å utveksle massivt gener, og som til slutt konto gitt opphav til både prokaryote domener er archaea og bakterier .
Før disse separasjonene oppnådde LUCA-befolkningen tilstrekkelig genetisk blanding slik at en genetisk komponent som definerer et sammenhengende metabolsk system potensielt kan bli spredt over hele biosfæren. Fra dette synspunktet representerte den mikrobielle befolkningen en samling av avlspersoner, derfor en enkelt "art". Denne populasjonen var ikke nødvendigvis homogen, forekomsten av et bestemt stoffskifte avhengig av økologiske forhold. Spesielt gir bevaring av et fotosyntetisk system en reproduksjonsfordel bare i opplyste omgivelser.
Analyse av proteindomener og konfigurasjonsfamilier og superfamilier gjør det mulig å spore utviklingen av forskjellige celler parallelt med virusen. Analyse av molekylklokken assosiert med disse proteinene antyder at den første separasjonen var at mellom virus og mikrober, det er −3,4 Ga , etterfulgt av det mellom Archaea og bakterier , det er −3, 0 Ga I forhold til jordens historie , tilsvarer den første separasjonen oppfinnelsen av fotosyntese, den andre refererer sannsynligvis til opprinnelsen til nitrogenase.