很久很久以前,地球是贫瘠的。一切都发生了变化,不知何故,在我们星球历史早期可用的化学物质中,一些东西开始蠕动 —— 处理可用物质以生存、繁殖和繁衍。
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那个东西是什么,以及它何时第一次蠕动,只要我们能够问“我是什么?”,这些问题就一直困扰着人类。
现在,一项新的研究找到了一些答案 —— 生命出现得惊人地早。
通过研究现存生物体的基因组,科学家们已经确定,最后的普遍共同祖先(LUCA)早在42亿年前就出现了,LUCA是孕育了今天地球上所有生命的第一个生物体。
作为背景,地球大约有45亿年的历史。这意味着生命最早出现时,地球几乎还是个新生儿。
英国布里斯托尔大学的进化生物学家桑德拉·阿尔瓦雷斯 - 卡雷特罗(Álvarez-Carretero)说:“我们没想到LUCA在地球形成后的数亿年内就这么古老。然而,我们的结果符合现代对早期地球宜居性的看法。”
当地球刚形成的时候,它是一个非常不同的地方,我们今天会发现它的大气层非常有毒。目前生命所需的氧气,直到地球进化史的较晚阶段才出现,最早大约在30亿年前。
但生命在那之前就出现了;我们有34.8亿年前的微生物化石。科学家们认为,从43亿年前开始,地球上的环境可能已经足够稳定,足以支持生命的存在。
但我们的星球受到侵蚀、地质和有机过程的影响,这使得从那时起,生命的证据几乎不可能找到。
因此,在布里斯托尔大学的系统发育学家埃德蒙·穆迪的带领下,一组科学家去了别的地方:从生物体的基因组和化石记录中寻找答案。
他们的研究基于一种叫做分子钟的东西。基本上,我们可以估计突变发生的速度,并计算突变的数量,以确定有关生物体从共同祖先分化到现在已经过去了多长时间。
所有的生物,从最不起眼的微生物到最强大的真菌,都有一些共同之处。有一个通用的遗传密码。我们制造蛋白质的方式是一样的。有一组几乎普遍的20种氨基酸,它们都以同样的方式排列。所有生物体都使用三磷酸腺苷(ATP)作为细胞内的能量来源。
穆迪和他的同事们根据这些相似性和差异性,计算出了LUCA的继任者开始分化的时间。而且,通过使用复杂的进化模型,他们能够更多地了解LUCA本身 —— 它是什么,以及它是如何在一个对后代来说非常不宜居的地球上生存下来的。
他们发现LUCA很可能与原核生物非常相似,原核生物是一种没有细胞核的单细胞生物。它显然不依赖于氧气,因为当时几乎没有可用的氧气;这对微生物来说并不意外。因此,它的代谢过程可能产生醋酸。
但还有一件有趣的事。LUCA似乎并不孤单。
布里斯托尔大学的基因组学家戴维·皮萨尼(Davide Pisani)说:“我们的研究表明,LUCA是一种复杂的生物体,与现代原核生物没有太大区别。”
“但真正有趣的是,很明显它拥有一个早期的免疫系统,这表明即使在42亿年前,我们的祖先就在与病毒进行军备竞赛。”
因为,它的代谢过程会产生可以被其他生命形式利用的废物,它们可能在LUCA之后不久就出现了。
这意味着,在一个行星的进化史上,一个完整的生态系统出现所需的时间相对较短 —— 这一发现的意义远远超出了我们自己的小蓝点。
布里斯托尔大学的古生物学家菲利普·多诺霍(Philip Donoghue)解释说:“我们的工作汇集了来自多个学科的数据和方法,揭示了对早期地球和生命的见解,这是任何一个学科都无法单独实现的。”
“这也证明了早期地球上生态系统的建立速度有多快。这表明,在宇宙的其他地方,生命可能在类似地球的生物圈中蓬勃发展。”
这项研究发表在《自然生态与进化》杂志上。
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