20世紀、分子生物学によって、すべての生物は同じ情報を持つ高分子（DNA、RNA、タンパク質）と、これらの分子間で情報を伝達する遺伝暗号を共有していることが証明されました。 このような生物界の統一性は、これらの特徴をすべて備えていた祖先が共通の起源であることを指し示している。 この共通祖先は、1996年にフランスで開催されたトレイル財団主催の国際シンポジウムで、ルーシーにちなんでLUCA（Last Universal Common Ancestorの頭文字）と呼ばれるようになった。 この研究会では、古細菌、細菌、真核生物の3つの生物領域の塩基配列を決定する比較ゲノム解析のデータを用いて、LUCAの特徴を再現することに成功した。 昨年、LUCA の命名から 20 周年を記念し、1996 年以降に収集されたデータを再検討し、この祖先の最初の輪郭を描くために、新しいフォーラムがトレイル財団で開催されました。
しかし、最初にしばしば誤解を解かなければならないことがあります。 30億年以上前に生きていたLUCAは、私たちの惑星に最初に現れた細胞ではありません。 比較ゲノム解析により、すべての生物に共通する3つのRNA分子と34のリボソーム1タンパク質の存在が証明され、したがってLUCAにも存在することが判明した。 これらの分子は、その複雑さから、長い進化を経た後にしか出現し得なかった。 したがって、LUCAは、同じ時期に誕生した他の多くの生物と地球上で共有していたに違いない。 しかし、同時代の生物は子孫を残さなかった。しかし、デニソワ人やネアンデルタール人が私たちホモ・サピエンスの祖先と同じように、ある遺伝子を受け継がなかったとは言えない。 また、LUCAと現代女性に共通する最後の母親であるアフリカのイブとの間に並行関係を築くこともできる。 イブはホモ・サピエンスの最初の女性でもなければ、当時アフリカに一人で住んでいたわけでもない。
2つの枝、同じ木
リボソームの比較ゲノム解析により、現代のリボソームには、34の普遍的なタンパク質に加え、細菌、古細菌、真核生物に固有のタンパク質が多数含まれていることも明らかになりました。 これらのタンパク質は、3つのドメインのいずれかに特異的であったり、古細菌と真核生物に共通であったりすることが大きな特徴です。 そのため、これらのタンパク質は、進化の過程で、LUCAからバクテリアに至る系統と、LUCAから古細菌や真核生物に至る系統の2つに分かれて獲得されたことになる。
LUCA’s ribosomes were therefore less complex than modern ones, with around half the number of proteins.
おそらくLUCAには、現代の生物に見られるような超高度な分子複合体はなく、例えばエネルギーを非常に効率的に生産することができます。 同様に、そのゲノムはおそらくまだRNAで構成されており、DNAとその複製機構は、おそらく非常に古いウイルスの系統から独立して2回出現した可能性があります。 LUCA時代にウイルスが存在したことは、今日、細菌、古細菌、真核生物のいずれかに感染する主要なウイルスファミリーが存在することからも明らかである。
低温(または低温)の祖先
非常に高い温度で生きる古細菌の発見は、当初LUCA自身が超好熱菌であることを示唆していました。 リヨンを拠点とするCNRSのマノロ・グイ2率いるチームが、その祖先の配列をいくつか復元した結果、これはおそらく事実ではないことがわかった。 しかし、同チームの研究は、バクテリアと古細菌の祖先が高温で生活していたことを証明している。 それでは、低温（あるいは生ぬるい）LUCAは、どのようにして細菌や古細菌の高温の祖先に進化したのだろうか。 私は、両領域の生物は、ますます高温に適応することで現在の姿に発展した可能性があるという考えを提唱している。 そのため、この変化は、現在の生物界の形成に重要な役割を果たした可能性があります。
We have yet to understand the emergence of eukaryotes, organisms whose cells—unlike archaea and bacteria—have a nucleus and organelles such as mitochondria (responsible for respiration) and chloroplasts (responsible for photosynthesis). 真核生物は古細菌の子孫であり、古細菌はミトコンドリアの元となる細菌と共生していたとする説が有力である。 2015年、スウェーデンのチームが、古細菌と真核生物のミッシングリンクとなりうるロキアルカイオータの発見を発表しました。 それにもかかわらず、私たちのチームの研究は、この結論がいくつかの方法論のアーティファクトによって偏っていることを示しました。 私たちは、真核生物は古細菌から直接派生したのではなく、古細菌と共通の祖先を共有しているという説を好んでいます。 真核生物のある種の特徴は、LUCAに存在し、その後、古細菌やバクテリアで失われた可能性がある。
タイムマシンがなければ、LUCAの肖像画を描き、普遍的な生命の木の形を決定することは、長い間論争の的となる問題であり続けるでしょう。
タイムマシンがなければ、LUCAの肖像画や普遍的な生命樹の形を決定することは、長い間論争の的となるでしょう。
このセクションで述べられた分析、見解、意見は著者のものであり、必ずしもCNRSの立場や方針を反映するものではありません。
- 1. リボソームは、RNAやDNAが持つ情報を使ってタンパク質を合成する、非常に複雑な細胞の構成要素です
- 2.
2. Biométrie et Biologie évolutive Laboratoire (CNRS / Univ. Claude-Bernard / VetAgro Sup / Hospices civils de Lyon / Inria). 3.