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國際

現代生命的「最後共同祖先」生存於42億年前

明日科學

更新於 07月16日05:59 • 發布於 07月15日09:00 • 高 詩豪

根據布里斯托大學科學家們的最新研究,我們所有生命的最後共同祖先(last universal common ancestor,LUCA)竟然生活在42億年前,僅僅在地球和太陽系形成3億年後!這項研究發表在《自然生態與演化》期刊上,揭示了LUCA是我們現代生命的共同起源,從單細胞的細菌到巨大的紅杉樹,再到人類,都是它的後代。

LUCA是生命之樹上的一個重要節點,是從中分化出基本的原核生物域(古菌和細菌)的共同祖先。這些生物使用相同的氨基酸來構建蛋白質,擁有共同的能量貨幣(ATP),使用相似的細胞機械來將DNA中的信息轉化為蛋白質,這些特徵都可以追溯到LUCA。

在這項研究中,Edmund Moody博士及其團隊比較了現存物種基因組中的所有基因,計算自LUCA以來基因序列中的突變次數。通過化石記錄已知的一些物種分離時間,他們使用類似於物理學中的速度計算公式,得出了LUCA存在的時間:42億年前。

並非獨自生活,與病毒進行一場軍備競賽

a.LUCA的基因庫:LUCA(最後共同祖先)是所有現代生命的共同祖先,擁有一組特定基因,黑色表示確定存在,灰色表示可能存在。 b.生命樹中的LUCA:LUCA是現存細胞生命的最古老共同祖先,現代生物的黑色分支表示還有後代,灰色分支表示已滅絕但可能留下基因。 c.LUCA的代謝過程:LUCA通過氣體交換獲取有機碳(乙酸生成),可能也進行逆向代謝。 d.早期生態系統中的LUCA:LUCA的代謝需要二氧化碳和氫氣,產生的有機物質和乙酸為其他生物提供生存空間。 e.地球系統中的LUCA:LUCA可能是早期化能自營生態系統的核心,與產甲烷菌共同作用,提升生態系統生產力。(圖/《自然生態與演化》)
a.LUCA的基因庫:LUCA(最後共同祖先)是所有現代生命的共同祖先,擁有一組特定基因,黑色表示確定存在,灰色表示可能存在。 b.生命樹中的LUCA:LUCA是現存細胞生命的最古老共同祖先,現代生物的黑色分支表示還有後代,灰色分支表示已滅絕但可能留下基因。 c.LUCA的代謝過程:LUCA通過氣體交換獲取有機碳(乙酸生成),可能也進行逆向代謝。 d.早期生態系統中的LUCA:LUCA的代謝需要二氧化碳和氫氣,產生的有機物質和乙酸為其他生物提供生存空間。 e.地球系統中的LUCA:LUCA可能是早期化能自營生態系統的核心,與產甲烷菌共同作用,提升生態系統生產力。(圖/《自然生態與演化》)

該研究還揭示了LUCA擁有早期的免疫系統,表明在42億年前,生命已經在與病毒進行一場軍備競賽。更令人驚訝的是,LUCA並非獨自生活,它的廢物可能是其他微生物(如產甲烷菌)的食物,這些微生物幫助建立了一個循環的生態系統。

布里斯托大學的研究團隊通過模型模擬了LUCA的生理特徵,發現它是一個相當複雜的生物,與現代的原核生物並沒有太大區別。這些發現顯示了早期地球上快速建立的生態系統,也暗示了在宇宙中類似地球的生物圈中,生命可能正在繁榮發展。

這項研究不僅豐富了我們對生命早期演化的理解,還為未來探索地球歷史中原核生物的演化提供了新的方法和視角,相關發現發表在最新一期的《自然生態與演化》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Moody et al CC BY 4.0.

圖片來源:《Nature Ecology & Evolutioncc By 4.0

參考論文:
1.The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nature Ecology & Evolution

延伸閱讀:

1.200年後的今天 「達爾文雀」仍持續演化 適應環境

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