LUCA: すべての生命の最後の共通祖先は、考えられていたよりずっと以前に出現した

地球上のすべての生命を生み出した生物は、これまで考えられていたよりもずっと早く、地球が形成されてからわずか数億年後に進化し、これまでの評価で示唆されていたよりも洗練されていた可能性がある。

現在生きているすべての生物のDNAは、 大腸菌 シロナガスクジラに至るまでの進化には多くの類似点があり、その起源を数十億年前の普遍的な共通祖先であるLUCAにまで遡ることができることを示唆している。LUCAを解明するために多くの取り組みがなされてきたが、より幅広いアプローチをとった研究により、驚くべき結果が明らかになった。

「私たちがやろうとしているのは、さまざまな分野の代表者を集めて、LUCAがいつ存在したのか、そしてその生物学的特徴はどのようなものだったのかを総合的に理解することです」と、英国ブリストル大学のフィリップ・ドノヒュー氏は言う。

現在、生命のあらゆる主要な系統に存在する遺伝子は、LUCA からずっと途切れることなく受け継がれてきた可能性があり、これにより、太古の祖先がどのような遺伝子を持っていたかを解明することができます。これらの遺伝子が時間とともにどのように変化したかを調べることで、LUCA が生きていた時期を推定できるはずです。

実際には、遺伝子は枝の間で失われたり、獲得されたり、交換されたりしているため、これは聞こえるよりもはるかに複雑です。ドノヒュー氏は、チームはこれを考慮に入れた複雑なモデルを作成し、LUCA にどの遺伝子が存在していたかを解明したと述べています。「私たちは、これまで多くの人が主張してきたよりもはるかに洗練された生物を発見しました」と彼は言います。

研究者らは、LUCA に由来するタンパク質コード遺伝子は 2600 個あると推定しているが、以前の推定では 80 個程度と低かった。研究チームはまた、LUCA が 42 億年前頃に生息していたと結論付けている。これは他の推定よりはるかに古く、45 億年前の地球形成と驚くほど近い。「これは、生命の進化がこれまで主張されてきたよりも単純だった可能性を示唆している。なぜなら、進化があまりにも早い時期に起こったからだ」とドノヒュー氏は言う。

この年代が早まったのは、研究チームが改良した方法によるところが大きい。しかし、他の研究者と異なり、研究者たちは、LUCA は後期重爆撃の後にしか存在できなかったとは想定していないためでもある。後期重爆撃の時には、地球は宇宙ゴミに激しく衝突され、誕生した生命が絶滅した可能性があると考えられている。月から持ち帰った岩石に基づいて、この期間は 38 億年前とされているが、この数字には不確かな点が多いとドノヒュー氏は言う。

研究者らの復元では、LUCA が紫外線によるダメージから身を守る遺伝子を持っていたことが示唆されているため、LUCA は海面に生息していた可能性が高いと研究者らは考えている。他の遺伝子は、LUCA が水素を餌としていたことを示唆しており、これは以前の研究結果とも一致している。LUCA は、絶滅した他の種類の原始的細胞の生態系の一部だった可能性があると研究チームは推測している。「LUCA が単独で存在していたと考えるのは、極めてナイーブだと思います」とドノヒュー氏は言う。

「進化論の観点から見て、これは説得力があると思います」とマサチューセッツ工科大学のグレッグ・フォーニエ氏は言う。「LUCA は生命の物語の始まりではなく、ゲノムデータを使って遡ることができる最後の共通の祖先状態にすぎません。」

この研究結果は、LUCA がウイルスと戦うための CRISPR として知られる細菌防御システムの原始的なバージョンを持っていたことも示唆している。「42 億年前でさえ、私たちの最古の祖先はウイルスと戦っていました」と、同じくブリストル大学のチーム メンバー、エドマンド ムーディ氏は言う。

遠い過去を覗き見ることは不確実性に満ちており、ドノヒュー氏は、自分のチームが的を外したかもしれないことを真っ先に認めている。「ほぼ間違いなく、すべてが間違っています」と彼は言う。「私たちがやろうとしているのは、限界に挑戦し、関連する証拠をすべて統合する最初の試みを作り出すことです。」

「これが最後の言葉になるわけではありません」と彼は言う。「このテーマに関する私たちの最後の言葉にもなりませんが、良いスタートだと考えています。」

LUCAという用語を考案した、フランス・パリのパスツール研究所のパトリック・フォルテール氏も、この生物は孤立して生息していたわけではないと考えている。「しかし、LUCAが39億年前の晩期重爆撃以前に生息していたという主張は、私にはまったく非現実的です」とフォルテール氏は言う。「LUCAの年齢と遺伝子含有量を判定する彼らの戦略には、いくつかの欠陥があると確信しています」。