很久以前,地球是一片荒芜。随着时间的推移,不知何故,在地球早期的化学条件下,某种东西开始蠕动——利用现有物质生存、繁殖、兴旺。
这种东西是什么,以及它首次出现的时间,一直是人类长久以来的难题,或许自我们能够问出“我是谁”这个问题以来就一直困扰着我们。
现在,一项新的研究找到了答案——生命的出现时间比预期的要早得多。
通过研究今天还存在的生物的基因组,科学家们确定了最后一个普遍共同祖先(LUCA),即所有今天地球上生命的最初生物,早在42亿年前就出现了。
地球的年龄大约是45亿年。这意味着生命在地球还处于“新生儿”阶段时就已经出现了。
“我们没有预料到LUCA如此古老,仅在地球形成后的几亿年内就出现了。”英国布里斯托大学的进化生物学家桑德拉·阿尔瓦雷斯-卡雷特罗说,“然而,我们的结果与现代对早期地球可居住性的看法一致。”
当时,地球是一个完全不同的地方,大气层对我们来说极其有毒。现代生命所需的氧气,直到地球进化到大约30亿年前才出现。
但生命早在那之前就出现了;我们有34.8亿年前微生物的化石。而且科学家认为,地球的条件可能早在43亿年前就足够稳定,能够支持生命。
但我们的星球受到侵蚀、地质和有机过程的影响,使得那个时代的生命证据几乎无法找到。
因此,在布里斯托大学的系统发育学家埃德蒙·穆迪的带领下,一组科学家开始寻找其他地方:活体生物的基因组和化石记录。
他们的研究基于一种叫做分子钟的方法。基本上,我们可以估计突变发生的速率,并通过计算突变的数量来确定相关生物从共同祖先分化出来的时间。
所有生物,从最谦卑的微生物到最强大的真菌,都有一些共同点。有一个通用的遗传密码。我们制造蛋白质的方式是一样的。有一套几乎通用的20种氨基酸,它们的取向都是一样的。而且所有生物都使用三磷酸腺苷(ATP)作为细胞的能量来源。
穆迪和他的同事基于这些相似性和差异性,推算出自LUCA的后代开始分化以来已经过了多长时间。通过复杂的进化模型,他们能够进一步了解LUCA本身——它是什么,以及它如何在对其后代极其不利的地球上生存。
他们发现,LUCA可能非常类似于原核生物,一种没有细胞核的单细胞生物。显然,它不依赖于氧气,因为那时地球上几乎没有氧气;这对微生物来说并不意外。因此,它的代谢过程可能产生了乙酸盐。
但还有一些有趣的发现。LUCA似乎并不是孤单的。
“我们的研究表明,LUCA是一个复杂的生物,与现代原核生物并没有太大区别。”布里斯托大学的系统基因组学家达维德·皮萨尼说。
“但真正有趣的是,很明显它拥有一个早期的免疫系统,显示出早在42亿年前,我们的祖先就已经在与病毒进行竞赛了。”
因为它的代谢过程会产生废物,这些废物可以被其他生命形式利用,所以其他生命形式可能在LUCA之后不久就出现了。
这意味着,在行星的进化历史中,一个完整的生态系统的出现可能需要相对较短的时间——这一发现的影响远远超出了我们自己的小小蓝色星球。
“我们的工作结合了多个学科的数据和方法,揭示了单一学科无法实现的早期地球和生命的洞见。”布里斯托大学的古生物学家菲利普·多诺霍解释道。
“这也表明,在早期地球上生态系统建立得非常迅速。这表明生命可能在宇宙中其他类似地球的生物圈中繁盛。”
这项研究发表在《自然生态与进化》杂志上。