新研究揭示了生命最早的祖先之一

由布里斯托大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組揭示了地球最早的生態(tài)系統(tǒng)，表明在行星形成后的幾億年內(nèi)，地球上的生命已經(jīng)蓬勃發(fā)展。

當(dāng)今所有生物都源自一個(gè)共同祖先，被親切地稱(chēng)為L(zhǎng)UCA(最后的共同祖先)。

LUCA是假想的共同祖先，所有現(xiàn)代細(xì)胞生命，從細(xì)菌等單細(xì)胞生物到巨大的紅杉樹(shù)(以及我們?nèi)祟?lèi))都起源于此。LUCA代表了生命之樹(shù)的根，之后生命之樹(shù)才分裂成如今公認(rèn)的細(xì)菌、古細(xì)菌和真核生物這幾個(gè)群體。

現(xiàn)代生命是從LUCA進(jìn)化而來(lái)的，其來(lái)源多種多樣：所有細(xì)胞生物都使用相同的氨基酸來(lái)構(gòu)建蛋白質(zhì)、共享的能量貨幣(ATP)、核糖體等細(xì)胞機(jī)制的存在以及與利用DNA中存儲(chǔ)的信息制造蛋白質(zhì)相關(guān)的其他機(jī)制，甚至所有細(xì)胞生命都使用DNA本身作為存儲(chǔ)信息的方式。

研究團(tuán)隊(duì)比較了現(xiàn)存物種基因組中的所有基因，計(jì)算了自它們?cè)贚UCA中擁有共同祖先以來(lái)，它們的序列中隨時(shí)間發(fā)生的突變。

一些物種的分離時(shí)間可以從化石記錄中得知，因此研究小組利用物理學(xué)中計(jì)算速度的熟悉方程的遺傳等價(jià)物來(lái)計(jì)算LUCA的存在時(shí)間，最終得出的答案是42億年前，即地球和太陽(yáng)系形成后約四億年。

布里斯托爾地球科學(xué)學(xué)院的合著者桑德拉·阿爾瓦雷斯-卡雷特羅博士說(shuō)：“我們沒(méi)想到LUCA會(huì)這么古老，距地球形成只有幾億年。然而，我們的研究結(jié)果符合現(xiàn)代對(duì)早期地球宜居性的看法。”

接下來(lái)，研究小組通過(guò)模擬生物物種的生理特征，追溯到LUCA的生命譜系，從而研究出LUCA的生物學(xué)特性。

主要作者埃德蒙·穆迪博士解釋說(shuō)：“基因的進(jìn)化史因其譜系之間的交換而變得復(fù)雜。我們必須使用復(fù)雜的進(jìn)化模型來(lái)協(xié)調(diào)基因的進(jìn)化史和物種的譜系。”

布里斯托爾生物科學(xué)學(xué)院的合著者湯姆·威廉姆斯博士說(shuō)：“這里真正的優(yōu)勢(shì)之一是將基因樹(shù)物種樹(shù)協(xié)調(diào)方法應(yīng)用于代表生命主要領(lǐng)域的多樣化數(shù)據(jù)集：古細(xì)菌和細(xì)菌。這使我們能夠有信心地說(shuō)出并評(píng)估LUCA如何生存的信心程度。”

合著者戴維德·皮薩尼(DavidePisani)教授補(bǔ)充道：“我們的研究表明，LUCA是一種復(fù)雜的生物，與現(xiàn)代原核生物沒(méi)有太大區(qū)別，但真正有趣的是，它顯然擁有早期的免疫系統(tǒng)，這表明即使在42億年前，我們的祖先也在與病毒進(jìn)行軍備競(jìng)賽。”

共同作者蒂姆·倫頓(?？巳卮髮W(xué)地理學(xué)院)評(píng)論道：“很明顯，LUCA正在開(kāi)發(fā)和改變其環(huán)境，但它不太可能獨(dú)自生活。它的廢物可能是其他微生物(如產(chǎn)甲烷菌)的食物，這將有助于創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。”

“這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)和方法還將為未來(lái)的研究提供參考，這些研究將根據(jù)地球歷史更詳細(xì)地探討原核生物的后續(xù)進(jìn)化，包括研究較少的古菌及其產(chǎn)甲烷代表，”論文合著者、荷蘭皇家海洋研究所的安雅·斯潘教授補(bǔ)充道。

合著者菲利普·多諾霍教授評(píng)論道：“我們的工作匯集了多個(gè)學(xué)科的數(shù)據(jù)和方法，揭示了早期地球和生命的深刻見(jiàn)解，而這些見(jiàn)解是任何一門(mén)學(xué)科都無(wú)法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的。它還展示了早期地球上生態(tài)系統(tǒng)建立的速度有多快。這表明，生命可能在宇宙中其他地方類(lèi)似地球的生物圈中蓬勃發(fā)展。”

該研究還涉及倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)、烏得勒支大學(xué)、布達(dá)佩斯生態(tài)研究中心和沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院的科學(xué)家。

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