新研究揭示了生命最早的祖先之一

由布里斯托大學領(lǐng)導(dǎo)的國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。

當今所有生物都源自一個共同祖先，被親切地稱為LUCA(最后的共同祖先)。

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

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

研究團隊比較了現(xiàn)存物種基因組中的所有基因，計算了自它們在LUCA中擁有共同祖先以來，它們的序列中隨時間發(fā)生的突變。

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

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

接下來，研究小組通過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的生物學特性。

主要作者埃德蒙·穆迪博士解釋說：“基因的進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)雜的進化模型來協(xié)調(diào)基因的進化史和物種的譜系。”

布里斯托爾生物科學學院的合著者湯姆·威廉姆斯博士說：“這里真正的優(yōu)勢之一是將基因樹物種樹協(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：古細菌和細菌。這使我們能夠有信心地說出并評估LUCA如何生存的信心程度。”

合著者戴維德·皮薩尼(DavidePisani)教授補充道：“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行軍備競賽。”

共同作者蒂姆·倫頓(?？巳卮髮W地理學院)評論道：“很明顯，LUCA正在開發(fā)和改變其環(huán)境，但它不太可能獨自生活。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)建一個循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。”

“這項研究的發(fā)現(xiàn)和方法還將為未來的研究提供參考，這些研究將根據(jù)地球歷史更詳細地探討原核生物的后續(xù)進化，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·斯潘教授補充道。

合著者菲利普·多諾霍教授評論道：“我們的工作匯集了多個學科的數(shù)據(jù)和方法，揭示了早期地球和生命的深刻見解，而這些見解是任何一門學科都無法單獨實現(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似地球的生物圈中蓬勃發(fā)展。”

該研究還涉及倫敦大學學院(UCL)、烏得勒支大學、布達佩斯生態(tài)研究中心和沖繩科學技術(shù)研究生院的科學家。

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