新研究發(fā)現：生物最后的共同祖先生活在42億年前！
小楊 / 2024-07-17 09:33:13
百歐博偉生物：地球上所有生物的最后一個共同祖先是一種生活在42億年前的微生物，其基因組相當龐大，編碼了約2600種蛋白質。它以氫氣和二氧化碳為食，并擁有抵御病毒入侵的基本免疫系統(tǒng)。
這是7月12日發(fā)表于《自然-生態(tài)與進化》的一項新研究的結論。該研究比較了700種現代微生物的基因組，以尋找共性，確定哪些特征是最先出現的。盡管該研究沒有揭示生命是如何開始的，但它表明，在地球形成幾億年后，一種與現代微生物相似的復雜細胞生物進化出來了。
“我非常興奮。”美國威斯康星大學麥迪遜分校進化生物學家Betl Kacar說，“這是一個全面的分析，也是一個很好的例子。”
這并不是科學家第一次試圖勾勒出所有物種在分化之前的最后一個共同祖先（LUCA）。例如，2016年，由德國杜塞爾多夫大學進化生物學家William Martin領導的研究比較了已知微生物基因組，提供了迄今最令人信服的遺傳證據，表明LUCA可能是一種厭氧菌。Martin的基因分析還發(fā)現了證據，表明它是一種以氫氣為食的嗜熱微生物，可能生活在海底火山口附近。
Martin團隊在2016年的研究中沒有給出LUCA的具體時間，但其他研究將LUCA的存在時間定位在38億年前。在新的研究中，英國布里斯托大學基因組學專家Edmund Moody開發(fā)了一種能更精確預測LUCA存在時間的方法。
利用微生物物種中不同但已知的基因突變率，以及物種間基因轉移的速度，能夠創(chuàng)建一種分子鐘。通過構建家譜，找出哪些生物可能是從其他生物進化而來的，并追蹤保守基因的遺傳變化，研究人員可以大致估計出兩個相鄰分支的分化時間，從而確定它們共同祖先的“年齡”。
Moody和同事進一步研究了在多種細菌和古細菌中發(fā)現的5組“平行”或重復的基因，它們意味著，在LUCA分裂出這些后代之前，基因倍增就發(fā)生了。Moody說，追蹤一個突變是發(fā)生在這些基因的兩個拷貝上，還是只發(fā)生在一個拷貝上，可以更容易確定它們復制的時間，從而確定LUCA的“年齡”。
他們的分析表明，LUCA生活在大約42億年前。沒有參與這項研究的美國卡爾頓學院進化微生物學家Rika Anderson說：“這可能比其他的估計要早一點，但相差不大。”
為了像Martin一樣探索LUCA的生活方式，Moody研究小組追蹤了350種細菌和350種古細菌的57個“標記”基因，以構建一棵生命樹。Moody團隊分別追蹤了這些細菌和古生菌的個體基因和基因家族的進化模式，這些基因被編目在一個常用的基因組數據庫中。通過比較的個體基因與物種基因的進化史，他們可以更好地確定哪些基因被復制、丟失或經歷了水平基因轉移。由此，他們可以推斷出LUCA中存在的物質。
英國科學家的分析表明，LUCA以二氧化碳和氫氣為“燃料”。但他們還發(fā)現證據，表明LUCA有一種基因可以保護它免受紫外線的傷害，意味著這種微生物可能生活在地表水中——在那里它可以從大氣中捕獲二氧化碳和氫氣，而不是生活在深?；鹕娇?。但同Martin一樣，他們發(fā)現了一種被稱為逆轉錄酶的酶的特征，這種酶通常存在于嗜熱菌中，他們承認這意味著LUCA也可能在火山口周圍繁殖。
Moody還發(fā)現，LUCA可能有19個CRISPR-Cas9基因，這是現代細菌用來切割入侵病毒遺傳物質的裝置。這讓Kacar興奮不已，因為它暗示了很久以前存在的一個由微生物和病原體組成的繁榮生態(tài)系統(tǒng)。Anderson指出，CRISPR-Cas9系統(tǒng)“有點復雜”。這意味著在短短數億年內，地球早期生命就進化出了復雜的微生物，這些微生物相互作用，迅速形成了一個簡單的生態(tài)系統(tǒng)。
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