現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)zui大奧秘就是：生命是如何開始的？大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，所有的生命形式，都是從一個(gè)共同的原始祖先微生物進(jìn)化而來的，但細(xì)節(jié)卻是模糊的。什么樣的基因形成了這種生命體，它居住哪里？近期，發(fā)表在《Nature Microbiology》的一項(xiàng)新研究，揭示了這個(gè)早期的有機(jī)體以及它進(jìn)化的環(huán)境。

對(duì)生命起源感興趣的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家一般用兩種不同的方法來解決問題。一種方式是“自底向上”的方法，他們?cè)噲D想象早期的生命如何出現(xiàn)，然后嘗試在實(shí)驗(yàn)室中重建關(guān)鍵的步驟。另一種方法是“自頂向下”的方法，是分析或拆開現(xiàn)代細(xì)胞，以簡化它們，并推導(dǎo)出復(fù)雜進(jìn)化過程中可能發(fā)生的的關(guān)鍵階段。

對(duì)這個(gè)問題感興趣的信息學(xué)家利用DNA測序革命中新興的大量數(shù)據(jù)。這帶來了一個(gè)關(guān)于生物基因組的信息海洋——從細(xì)菌到人類。隱藏在這里面的應(yīng)該是來自原始細(xì)胞的DNA序列的回音——地球上*個(gè)使用現(xiàn)代遺傳密碼的細(xì)胞，通過數(shù)十億個(gè)世代傳遞到了現(xiàn)在。

“zui后一個(gè)普遍的共同祖先”是一個(gè)非常早期的假設(shè)，認(rèn)為地球上所有的生命都來自于單細(xì)胞。這個(gè)祖先和現(xiàn)代生物之間的關(guān)系，通常是以進(jìn)化樹的形式顯現(xiàn)的，其中zui的例子是Charles Darwin進(jìn)化樹。

DNA測序的出現(xiàn)為遺傳相關(guān)性提供了一種精彩的、高度定量的測量，超越了整個(gè)生物學(xué)。地球上幾乎所有的生物都利用相同的四堿基代碼A、C、G和T。因此，一般而言，我們可以用它來構(gòu)建整個(gè)生命的進(jìn)化樹。我們知道，某些基因，如編碼核糖體小RNA亞基的基因，存在于地球上細(xì)胞生命的開端，似乎已被所有后來的生命形式繼承。在過去的四十億年中，這個(gè)特定的基因——16S rRNA的拷貝，已經(jīng)逐漸被獨(dú)立進(jìn)化分支（已經(jīng)產(chǎn)生了不同的生命形式）中的隨機(jī)突變而改變。這意味著，每一個(gè)物種的特征序列，都與近期分化的生物譜系相同，但是卻與進(jìn)化早期分化出來的譜系不同。

大約30年前，對(duì)這些“”DNA序列的分析，使我們對(duì)地球生命多樣性的認(rèn)識(shí)有了戲劇性的變化，尤其是無核單細(xì)胞生物（原核生物）驚人的多樣性程度。這也強(qiáng)調(diào)，存在一個(gè)巨大的原核生命的新“領(lǐng)域”，現(xiàn)在被稱為古細(xì)菌。

研究人員試圖構(gòu)建真正通用的進(jìn)化樹，將定義所有的現(xiàn)代細(xì)胞是如何起源于這zui后一個(gè)共同祖先，但是受到了一些技術(shù)問題的阻礙。一個(gè)問題在于，生命zui初開始時(shí)彼此分離的群體的數(shù)量。此外，細(xì)菌也可能互相交換基因，這使得我們很難確定它們是如何被傳遞下去的。

氫動(dòng)力的生物？
在新的研究中，研究人員應(yīng)用一種復(fù)雜的*方法，將一些測序的原核基因進(jìn)行聚類。然后他們研究了所有細(xì)菌群體的相似模式，發(fā)現(xiàn)一小部分的基因存在于古細(xì)菌和細(xì)菌中。他們表明，這些基因真的很可能是直接起源于一個(gè)共同的祖先，而不是通過橫向交換的方式。

這一結(jié)果很重要，因?yàn)樗_定了特定的細(xì)菌（梭狀芽胞桿菌）和古細(xì)菌（產(chǎn)甲烷菌）類群，它們攜帶這些基因的早期版本，這意味著它們是非常古老的，可能類似于zui早產(chǎn)生不同細(xì)菌和古細(xì)菌譜系的生物。

更重要的是，保守的基因的性質(zhì)，講述了一個(gè)驚人的故事，這zui后一個(gè)共同祖先活在這種環(huán)境中，并講述了它如何提取能量用以生存和茁壯成長。這項(xiàng)研究表明，近四十億年前，這些生物所居住的世界與我們現(xiàn)在生活的世界是非常不同的。沒有可用的氧氣，但根據(jù)基因，這一共同的祖先可能從氫氣中獲得能量，大概是由地球地殼中的地球化學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的。“惰性”氣體包括二氧化碳和氮?dú)?，將為制造所有的?xì)胞結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。鐵是自由可用的，沒有氧氣將其轉(zhuǎn)化為不溶性的銹，所以這種元素被早期細(xì)胞中的許多酶所使用。一些基因被認(rèn)為參與了高溫適應(yīng)性，這表明這些生物體在一種熱液環(huán)境中進(jìn)化——也許相當(dāng)于現(xiàn)代熱液噴口或溫泉，在那里有一些細(xì)菌仍然茁壯成長。

可悲的是，我們沒有一臺(tái)時(shí)間機(jī)器，所以就沒有辦法直接驗(yàn)證這些結(jié)果。然而，現(xiàn)在這些信息將引起人們極大的興趣，尤其是有些科學(xué)家，希望利用這些信息來告訴他們自下而上的實(shí)驗(yàn)，重建現(xiàn)代形式的原始生命。但是，這將是非常難的，因?yàn)閷?duì)高溫、氮?dú)?、二氧化碳和爆炸性氫氣的要求?/p>

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