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Robert F. Service
發(fā)表于 2016-07-30 21:04
（Paradoxian/譯）在地球上擦亮出第一絲生命火花的化學(xué)反應(yīng)鏈恐怕會永遠湮沒在時間的長河里。但一些我們最原始的祖先——包括隨后衍生出一切細胞生命的“微生物夏娃”——在傳給后代的基因中留下了些許痕跡。為了追蹤這些基因，遺傳學(xué)家們審視了近2000份現(xiàn)代微生物的基因組。近日，研究者們報告稱，通過這樣的基因組挖掘，他們對我們的最近普適共同祖先（last universal common ancestor, LUCA）的日常生活有了新的了解。結(jié)果表明，LUCA可能生活在無氧環(huán)境中的喜熱微生物，并且依賴氫氣為生。這有力地支持了先前的假說：地球生命起源于類似海底火山周圍的那些深海熱泉。 今天，地球上所有的細胞生物可以分成三大類：細菌，古菌和真核生物。前兩種是原核生物，也即沒有細胞核的細胞生物。這兩種關(guān)系甚遠的原核生物之間一場聯(lián)姻產(chǎn)生了真核生物——這些具有細胞核的細胞們構(gòu)成了包括動植物在內(nèi)所有復(fù)雜的多細胞生命體。
目前為止的遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了有關(guān)LUCA的一些十分誘人的線索。大部分證據(jù)都暗示，就LUCA和現(xiàn)代細胞一樣，也用DNA儲存遺傳信息。同樣被后代沿用的還有制造蛋白質(zhì)和使用ATP作為“能量貨幣”。但遺傳學(xué)家們在搜尋關(guān)于LUCA生活方式的其他細節(jié)上就略為吃力了。一個主要的難點在于，微生物不僅把基因傳遞給后代，還會和“街坊領(lǐng)居”們互換一些片段；這一過程叫做基因水平轉(zhuǎn)移。那么如果兩株不同的微生物共有同一個基因，到底是因為它們有共同的祖先，還是因為有些家伙更擅長散播自己的遺傳片段？這兩種情境很難分辨，為窺探LUCA的生活方式增加了不少難度。 為了做到這點，德國杜塞爾多夫大學(xué)的進化生物學(xué)家威廉·馬丁（William Martin）帶領(lǐng)的團隊采用了一種更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞絹矸治瞿切┛赡芸v向遺傳的基因。與以往不同的是，他們沒有只關(guān)注單獨一種細菌和一種古菌間共享的基因，而是搜尋了至少兩種細菌和兩種古菌所共有的基因。最初的這步讓他們找到了約600萬個基因，這些基因能歸入多于28.6萬個基因家族。進一步的分析表明，如此多基因家族中,只有355個廣泛分布在所有現(xiàn)代生物中，并進而能被追溯回一個所有生命的共同祖先。這355個基因家族成為了解密LUCA的備選軍。 在這周的《自然·微生物》期刊上，馬丁和他的同事們報道了他們的發(fā)現(xiàn)。這355個基因家族并沒有隨機散布在現(xiàn)生的所有物種中。相反，它們匯集在了一個特殊的類群中——這個類群的代謝特點也許便是LUCA的遺風(fēng)。最值得一提的是，他們發(fā)現(xiàn)LUCA是厭氧的，生活在和氧氣隔絕的地方——這與大部分現(xiàn)今生活的細胞們都不同。這一發(fā)現(xiàn)與科學(xué)家們所知的40億年前的地球環(huán)境不謀而合。這段時期又稱作后期重轟炸期（late heavy bombardment period），地球剛形成不久，隕石和彗星還在不斷下落，原始海洋周期性的被蒸發(fā)殆盡，大氣中也缺乏氧氣。對這批基因的進一步審視還表明，LUCA幾乎肯定是個賴氫氣為生的嗜熱生物，就和先前研究所假設(shè)的一樣。盡管如今有許多微生物都能生產(chǎn)氫氣，但因為LUCA的出現(xiàn)早于它們，后者就必須貼近能產(chǎn)生氫氣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而海底火山附近的深海熱泉就是這樣的地方。
加州大學(xué)洛杉磯分校的進化生物學(xué)家詹姆斯·萊克（James Lake）稱這一新研究“令人矚目”，“往前邁了重要一步”。萊克還說，LUCA的生活方式和現(xiàn)代的兩類微生物類似：梭菌屬（Clostridium）的厭氧細菌，和依賴氫氣的產(chǎn)甲烷古菌。所以盡管LUCA早已仙逝，與它最為鄰近的親戚們也許仍和我們一起生存在這地球上。 （編輯：Calo） 參考文獻：
文章題圖：Weiss, Madeline C., et al.編譯來源Our last common ancestor inhaled hydrogen from underwater volcanoes. Science news |
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