布里斯托尔大学领导的一项研究发现，地球上的生命源于一个被称为"LUCA"的共同祖先，在地球形成后不久就开始繁衍生息。通过基因分析和进化建模，研究人员将 LUCA 的存在时间精确到了大约 42 亿年前，揭示了它是一种具有早期免疫系统的复杂生物，与地球最早的生态系统密不可分。

数字图像展示了 LUCA 在 42 亿年前就已经受到病毒的攻击。图片来源：科学图形设计

今天的万物都源自一个共同的祖先，研究人员亲切地称之为 LUCA（最后的宇宙共同祖先）。LUCA 是假定的共同祖先，从单细胞生物（如细菌）到巨大的红杉树（以及我们人类），所有现代细胞生命都来自于它。LUCA 代表了生命之树的根部，之后生命之树分裂成了今天公认的细菌、古细菌和真核生物。现代生命是从 LUCA 演化而来的，其演化有各种不同的来源：所有细胞生物都使用相同的氨基酸来构建蛋白质、共享的能量货币（ATP）、核糖体等细胞机器的存在以及其他与利用DNA 中存储的信息制造蛋白质有关的机器，甚至所有细胞生命都使用 DNA 本身作为存储信息的方式这一事实。

研究小组比较了生物物种基因组中的所有基因，计算了自它们在 LUCA 中共享祖先以来，随着时间的推移，其序列中发生的突变。

从化石记录中可以得知一些物种的分离时间，因此研究小组使用了与物理学中用于计算速度的方程相当的遗传学方法来计算 LUCA 的存在时间，得出的答案是 42 亿年前，即地球和太阳系形成后大约 4 亿年。

共同作者、布里斯托尔地球科学学院的 Sandra Álvarez-Carretero 博士说："我们没有想到LUCA如此古老，仅在地球形成的数亿年之内。不过，我们的研究结果符合现代人对早期地球宜居性的看法。"

接下来，研究小组通过模拟生物物种的生理特征，从生命谱系追溯到 LUCA，从而研究出 LUCA 的生物学特性。主要作者埃德蒙-穆迪（Edmund Moody）博士解释说："基因的进化史因其在不同种系之间的交换而变得复杂。我们必须使用复杂的进化模型来协调基因的进化史和物种的谱系"。

共同作者、布里斯托尔生物科学学院的汤姆-威廉姆斯（Tom Williams）博士说："将基因-树种-树调和方法应用于代表古细菌和细菌主要生命领域的如此多样化的数据集，这使我们能够以一定的信心来判断和评估 LUCA 的生活方式。"

共同作者达维德-皮萨尼（Davide Pisani）教授说："我们的研究表明，LUCA是一种复杂的生物，与现代原核生物没有太大区别，但真正有趣的是，它显然拥有早期的免疫系统，这表明即使在42亿年前，我们的祖先也在与病毒进行军备竞赛。"

共同作者蒂姆-伦顿（Tim Lenton）（埃克塞特大学地理学院）说："很明显，路加正在利用和改变它所处的环境，但它不可能独自生活。它的废物会成为其他微生物（如甲烷菌）的食物，这些微生物会帮助建立一个循环生态系统。"

"这项研究的发现和采用的方法也将为今后的研究提供参考，这些研究将根据地球历史更详细地考察原核生物的后续进化，包括研究较少的古细菌及其甲烷化代表，"共同作者 Anja Spang 教授（荷兰皇家海洋研究所）补充说。

共同作者菲利普-多诺霍教授说："我们的工作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，这是任何一个学科都无法单独实现的。它还证明了早期地球生态系统的建立速度有多快。这表明，在宇宙的其他地方，类似地球的生物圈也可能有生命在繁衍生息。"

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1