从看不见的单细胞细菌，到寿命极长的红杉，再到硕大无比的蓝鲸，还有我们人类，所有生物身上其实存在着惊人的相似性。比如所有细胞生物都使用相同的氨基酸来构建蛋白质，一种名为ATP的分子是在所有生物中都通用的能量“货币”，生物体内都存在核糖体和其他一些与制造蛋白质有关的细胞机器，以及所有细胞生命都使用DNA作为存储信息的工具……

所有这些相似之处让科学家猜想，一切细胞生命都能追溯到数十亿年前的一个共同祖先。1999年，生物学家帕特里克·福泰尔（Patrick Forterre）首次用“LUCA”（Last Universal Common Ancestor）来称呼一切生命“最后的共同祖先”。这种假想的共同祖先代表了生命之树的根部，后来分化成了如今的细菌、古菌和真核生物。

所有现存生命或许源自一个共同祖先。（图/Chiswick Chap，Wikimedia Commons）

为了更深入地了解LUCA存在的时间以及它的生物学特性，科学家进行了大量研究。近日，一项研究从更广泛的角度出发，得出了一些令人惊讶的结果。

这项于近日发表在《自然·生态学与进化》上的研究表明，地球上所有生命的起源生物可能比人们想象的要早得多。LUCA出现的时间大约在42亿年前。也就是说，仅仅在地球形成几亿年后，就已经进化出生命了。此外，研究人员还指出，LUCA也可能比先前认为的要复杂得多。

  神秘的共同祖先 

理论上来说，今天在所有主要生命分支中都能找到的基因，很有可能是从LUCA开始一脉相传的。通过反推，或许就能知道远古祖先拥有哪些基因。观察这些基因随着时间的推移发生了怎样的变化，就有可能推算出 LUCA存在的时间。

然而，在实践中，这比听上去要棘手得多。这是因为，随着时间的推移，基因会丢失也会获得，此外，不同生物分支之间还会产生交换。这些都会让基因分析变得复杂。

在新的研究中，研究团队创建了一个精密的、将这些因素都纳入考量的模型。他们对大量物种基因组的基因进行了比较，计算了随着时间的推移序列中发生的变异。他们通过模拟物种的生理特征，研究了LUCA的生物学特性，并通过生命谱系追溯到了LUCA。

LUCA的重建结果。（图/Moody et al，Nature Ecology & Evolution）

研究人员估计，LUCA是一种复杂的生物，与现代原核生物其实没有太大区别。它具有一个至少包含250万碱基对的基因组，编码2600种蛋白质，这比之前的估计要复杂得多。

更有趣的是，LUCA很有可能拥有19个CRISPR-Cas9基因，换句话说，它已经有了一种原始版本的免疫系统，可以抵御病毒。这表明，在生命之初，我们的祖先就已经在与病毒进行军备竞赛了。

重建结果还显示，LUCA应该以氢为食，这与之前的研究结果一致。此外，它还具有抵御紫外线伤害的基因，因此很有可能生活在海洋表面，在那里从大气中捕捉氢。不过，研究还发现了一种叫作逆旋转酶的特征，这种酶通常存在于嗜热菌中。这意味着，LUCA也有可能在这些深海热液喷口附近繁衍生息。

无论如何，LUCA很有可能利用并改变着它所处的环境。团队推测，LUCA很可能并不是独立存在的，而是最古老的生态系统中的一部分，还有其他种类的原始细胞和它共同生存，但这些原始细胞可能已经灭绝了。比如，LUCA的废弃物可能会成为其他微生物（比如产甲烷菌）的食物，这些微生物会帮助建立一个循环生态系统。

很多科学家对此表示认同。严格来说，LUCA也许并不是生命故事真正的开端，而只是我们可以利用基因组数据倒推出的最后一个共同祖先状态。

  比之前认为的更古老？

另一个关键的问题是LUCA生存的时间。先前的研究认为，它只可能存在于晚期重轰击之后，那时地球应该受到了太空碎片的猛烈撞击，可能会毁灭任何新兴生命。根据对月岩的测定，这一时期的时间被确定在约38亿年前。但这个数字还存在很多不确定性。

但团队所改进的遗传学方法得出结论，LUCA应该生活在约42亿年前（40.9亿至43.3亿年前间），这比其他生命起源的估计要早得多——这个时间点已经非常接近46亿年前太阳系和地球形成的时间，两者仅仅相距约4亿年。这或许说明，生命进化可能比人们过去认为的要简单。

但对于这个时间，福泰尔提出了异议。他认为LUCA在晚期重轰击之前就已经存在的说法完全不现实。

这项研究的结果仅仅是个开始。它汇集了多个学科的数据和方法，揭示了早期地球和生命的奥秘。这也告诉我们，在宇宙的其他地方，类似地球的生物圈或许也有生命在繁衍生息。

https://www.bristol.ac.uk/news/2024/july/luca.html

https://www.newscientist.com/article/2439385-last-common-ancestor-of-all-life-emerged-far-earlier-than-thought/

https://www.nature.com/articles/s41559-024-02461-1

https://www.nature.com/articles/s41559-024-02474-w

https://www.science.org/content/article/our-last-common-ancestor-lived-4-2-billion-years-ago-perhaps-hundreds-millions-years