Генетические данные свидетельствуют о том, что LUCA существовал около 4,2 миллиарда лет назад, в катархее, когда поверхность Земли еще была раскаленной. Лишь один комплекс канадских пород может относиться к этому периоду в истории Земли, однако их происхождение стало предметом ожесточенных споров. Остальные геологические свидетельства весьма скудны. Самыми древними бесспорными образцами ископаемой жизни являются микробные пленки возрастом 3,5 миллиарда лет, называемые строматолитами, которые, вероятно, эволюционировали от более простых организмов.
Некоторые исследователи выдвигают гипотезу, что LUCA представлял собой сложную клетку с примитивной иммунной системой, защищавшей ее от вирусов. Однако, по словам Мартина, используемые ими генетические методы могут быть неточными, когда речь идет об эволюции, происходившей более четырех миллиардов лет назад. Уильям Мартин и его коллеги рассмотрели вопрос с точки зрения метаболизма, сосредоточившись на том, какие гены могли потребоваться для преобразования компонентов в ранние периоды жизни на Земле — таких как водород, аммиак, углекислый газ, вода, сероводород и фосфаты — в 20 аминокислот, пять природных нуклеотидных оснований и 20 дополнительных факторов, обеспечивающих жизнедеятельность клеток. «Это всего лишь 420 химических реакций«, — уточнил Мартин.
Сравнив геномы, представляющие все группы бактерий и архей, Мартин и его коллеги обнаружили, что эти две ветви жизни имеют общие гены, кодирующие примерно половину ферментов, необходимых для основных реакций. Остальные ферменты были уникальны либо для бактерий, либо для архей. Это позволяет предположить, что эти две формы жизни «прошли путь к свободно живущим клеткам, по крайней мере частично, независимо друг от друга«, — рассказала аспирантка лаборатории Мартина и ведущий автор исследования Наталья Мрнявац.
Другими словами, бактерии и археи не отделились от LUCA, чтобы развиваться по-своему. Напротив, LUCA, по-видимому, представлял собой скопление РНК, ДНК и ферментов, которые содержались внутри горной породы в гидротермальных источниках и зависели от металлов из этих источников для синтеза аминокислот. Гены из различных скоплений могли проникать сквозь породы и вызвать особый эволюционный эксперимент, который в итоге привел к появлению жизни, поскольку такие скопления заменили процессы, катализируемые металлами, своими собственными ферментативными процессами.
Лаборатория Мартина продемонстрировала, что металлы могут заменять биологические ферменты во многих основных метаболических процессах, что подкрепляет эту гипотезу. В новом исследовании ученые обнаружили, что палладий может катализировать ключевую реакцию превращения фосфита (в изобилии присутствующего в гидротермальных источниках) в фосфат (необходимый для клеточных процессов), которая высвобождает энергию и могла обеспечить такой энергией общего предка LUCA.
