在所有生命的最后共同祖先之前，進化是什么樣的？

LUCA之前

地球上的所有生命都有一個大約生活在40億年前的共同祖先。這個所謂的“所有生物物種的最后共同祖先”（LUCA）是科學家能夠研究的最古老生物。

先前關于LUCA的研究發(fā)現(xiàn)，我們今天在生物體中看到的所有特征——比如擁有細胞膜和DNA基因組——在這一祖先所處的時代就已經(jīng)存在了。因此，如果我們想理解生命的這些基本特征最初是如何出現(xiàn)的，就需要能夠研究發(fā)生在LUCA之前的進化史。

在一項新發(fā)表于《細胞·基因組學》的研究中，一個研究團隊提出了一種恰好能夠做到這一點的方法。研究人員指出：雖然LUCA是我們能夠用進化方法研究的最古老生物，但它基因組中的一些基因要古老得多。基于這一點，他們將目光投向一類被稱為“通用橫向同源物”（universal paralog）的基因家族——它們?yōu)榘l(fā)生在LUCA之前的進化事件提供了證據(jù)。

通用橫向同源物

橫向同源物（paralog）是指在同一基因組中擁有多個成員的一類基因家族。比如，在我們自己的基因組中，就有八種版本的血紅蛋白基因，它們編碼能夠與氧結合并將氧通過血液運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)。

所有這些橫向同源物都源自一個古老的珠蛋白（globin）基因——大約8億年前，它還以單一拷貝的形式存在。這些橫向同源物基因是由該基因在DNA復制錯誤中反復發(fā)生復制而產(chǎn)生的，而后每個拷貝在數(shù)百萬年的時間里又進化出各自不同的特征。

通用橫向同源物是一種罕見而特殊的橫向同源物：在如今所有或幾乎所有生物體的基因組中，它們至少都有兩個拷貝。如此廣泛的存在表明，某個原始基因發(fā)生復制這一事件，必然發(fā)生在LUCA之前，并且其多個拷貝由其后代繼承下來，一直延續(xù)到今天。

出于這個原因，研究人員認為通用橫向同源物為理解地球生命的最早期歷史提供了一個不可或缺、但尚未得到充分利用的研究對象。

最早的蛋白質(zhì)生產(chǎn)與跨膜運輸

在新的研究中，研究人員梳理了所有已知的通用橫向同源物。它們都與蛋白質(zhì)的生成，或不同分子跨細胞膜的運輸有關。因此，細胞的這兩項特征很可能是生命最早進化出的特征之一。

研究人員還建議對這些遠古的祖先基因本身作出更深入的描述。比如，他們在實驗室中研究了一個通用橫向同源物基因家族，該家族負責將酶和其他蛋白質(zhì)嵌入細胞膜。利用進化生物學與計算生物學的常用技術，他們重建了這一蛋白質(zhì)家族的原始祖先所編碼的蛋白質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)，這種更簡單、更古老的蛋白質(zhì)版本仍然能夠執(zhí)行諸如與膜結合，以及與蛋白質(zhì)合成機器結合等功能，并且可能曾幫助一些簡單蛋白質(zhì)把自己“嵌入”早期細胞膜之中。

研究人員認為，雖然目前已知的通用橫向同源物少之又少，但它們能提供大量信息，來幫助科學家了解在LUCA出現(xiàn)之前，生命是什么樣子。這些通用橫向同源物的歷史，是我們將來對這些最早細胞譜系所能擁有的唯一信息，因此我們需要謹慎地從中盡可能提取更多知識。

最終，他們希望日益精密的計算工具將使研究人員能夠發(fā)現(xiàn)新的通用橫向同源物基因家族，并以更高的細節(jié)來描述它們的遠古祖先。

最深的未知變成可檢驗的假說

這項新的研究表明，通過追蹤通用橫向同源物，研究人員可以把地球上最早的生命步驟與現(xiàn)代科學工具連接起來。它們?yōu)榭茖W研究提供了一個機會，將進化與生物學中最深層的未知轉(zhuǎn)化為實際上可被檢驗的發(fā)現(xiàn)。

研究人員設想能夠為LUCA之前的進化過程描繪出一幅更細致圖景，看看在那個我們所熟知的生命才剛剛出現(xiàn)的時期，究竟是什么樣的。

#參考來源：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1115050?

https://doi.org/10.1016/j.xgen.2026.101140

#圖片來源：

封面圖&首圖：TheDigitalArtist / Pixabay