地球形成不久后，生命就已经出现了？
01近日，一项研究显示地球上所有生命的起源生物可能比人们想象的要早得多，LUCA出现的时间大约在42亿年前。
02研究人员估计，LUCA是一种复杂的生物，与现代原核生物没有太大区别，具有一个至少包含250万碱基对的基因组。
03除此之外，LUCA很有可能拥有19个CRISPR-Cas9基因，表明在生命之初，我们的祖先就已经在与病毒进行军备竞赛。
04研究还发现，LUCA可能以氢为食，生活在海洋表面，具有抵御紫外线伤害的基因。
05然而，研究还发现了一种叫作逆旋转酶的特征，这种酶通常存在于嗜热菌中，意味着LUCA也可能在深海热液喷口附近繁衍生息。
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从看不见的单细胞细菌，到寿命极长的红杉，再到硕大无比的蓝鲸，还有我们人类，所有生物身上其实存在着惊人的相似性。比如所有细胞生物都使用相同的氨基酸来构建蛋白质，一种名为ATP的分子是在所有生物中都通用的能量“货币”，生物体内都存在核糖体和其他一些与制造蛋白质有关的细胞机器，以及所有细胞生命都使用DNA作为存储信息的工具……
所有这些相似之处让科学家猜想，一切细胞生命都能追溯到数十亿年前的一个共同祖先。1999年，生物学家帕特里克·福泰尔（PatrickForterre）首次用“LUCA”（Last Universal Common Ancestor）来称呼一切生命“最后的共同祖先”。这种假想的共同祖先代表了生命之树的根部，后来分化成了如今的细菌、古菌和真核生物。
所有现存生命或许源自一个共同祖先。（图/Chiswick Chap，Wikimedia Commons）
为了更深入地了解LUCA存在的时间以及它的生物学特性，科学家进行了大量研究。近日，一项研究从更广泛的角度出发，得出了一些令人惊讶的结果。
这项于近日发表在《自然·生态学与进化》上的研究表明，地球上所有生命的起源生物可能比人们想象的要早得多。LUCA出现的时间大约在42亿年前。也就是说，仅仅在地球形成几亿年后，就已经进化出生命了。此外，研究人员还指出，LUCA也可能比先前认为的要复杂得多。
神秘的共同祖先
理论上来说，今天在所有主要生命分支中都能找到的基因，很有可能是从LUCA开始一脉相传的。通过反推，或许就能知道远古祖先拥有哪些基因。观察这些基因随着时间的推移发生了怎样的变化，就有可能推算出 LUCA存在的时间。
然而，在实践中，这比听上去要棘手得多。这是因为，随着时间的推移，基因会丢失也会获得，此外，不同生物分支之间还会产生交换。这些都会让基因分析变得复杂。
在新的研究中，研究团队创建了一个精密的、将这些因素都纳入考量的模型。他们对大量物种基因组的基因进行了比较，计算了随着时间的推移序列中发生的变异。他们通过模拟物种的生理特征，研究了LUCA的生物学特性，并通过生命谱系追溯到了LUCA。
LUCA的重建结果。（图/Moody et al，Nature Ecology & Evolution）
研究人员估计，LUCA是一种复杂的生物，与现代原核生物其实没有太大区别。它具有一个至少包含250万碱基对的基因组，编码2600种蛋白质，这比之前的估计要复杂得多。
更有趣的是，LUCA很有可能拥有19个CRISPR-Cas9基因，换句话说，它已经有了一种原始版本的免疫系统，可以抵御病毒。这表明，在生命之初，我们的祖先就已经在与病毒进行军备竞赛了。
重建结果还显示，LUCA应该以氢为食，这与之前的研究结果一致。此外，它还具有抵御紫外线伤害的基因，因此很有可能生活在海洋表面，在那里从大气中捕捉氢。不过，研究还发现了一种叫作逆旋转酶的特征，这种酶通常存在于嗜热菌中。这意味着，LUCA也有可能在这些深海热液喷口附近繁衍生息。
无论如何，LUCA很有可能利用并改变着它所处的环境。团队推测，LUCA很可能并不是独立存在的，而是最古老的生态系统中的一部分，还有其他种类的原始细胞和它共同生存，但这些原始细胞可能已经灭绝了。比如，LUCA的废弃物可能会成为其他微生物（比如产甲烷菌）的食物，这些微生物会帮助建立一个循环生态系统。
很多科学家对此表示认同。严格来说，LUCA也许并不是生命故事真正的开端，而只是我们可以利用基因组数据倒推出的最后一个共同祖先状态。
比之前认为的更古老？
另一个关键的问题是LUCA生存的时间。先前的研究认为，它只可能存在于晚期重轰击之后，那时地球应该受到了太空碎片的猛烈撞击，可能会毁灭任何新兴生命。根据对月岩的测定，这一时期的时间被确定在约38亿年前。但这个数字还存在很多不确定性。
但团队所改进的遗传学方法得出结论，LUCA应该生活在约42亿年前（40.9亿至43.3亿年前间），这比其他生命起源的估计要早得多——这个时间点已经非常接近46亿年前太阳系和地球形成的时间，两者仅仅相距约4亿年。这或许说明，生命进化可能比人们过去认为的要简单。
但对于这个时间，福泰尔提出了异议。他认为LUCA在晚期重轰击之前就已经存在的说法完全不现实。
这项研究的结果仅仅是个开始。它汇集了多个学科的数据和方法，揭示了早期地球和生命的奥秘。这也告诉我们，在宇宙的其他地方，类似地球的生物圈或许也有生命在繁衍生息。
#创作团队：
撰文：Takeko
排版：雯雯
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#图片来源：
封面图&首图：University of Bristol，Science Graphic Design
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