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“生命究竟從何而來？”是我們人類懂得思考以來提出的終極問題之一，目前為止，我們並沒有能力很好地解答這個問題。但是我們發現回答這個問題的一個關鍵，從單細胞細菌，到壽命極長的紅杉，再到碩大的藍鯨，甚至包括我們人類，所有生物體其實存在著驚人的相似性。於是，達爾文在其1859年出版的著作《物種起源》中就提出了一個著名的理念——那就是“萬物同源”，也就是說所有曾經在地球上生存過的生物都有共同的祖先。
1999年，生物學家帕特里克·福泰爾首次將“最後共同祖先”這些單詞的首字母組合在一起給這種假想的祖先生物命名為“盧卡（LUCA）”。盧卡作為生命之樹的根部，後來分化成了包括細菌、古菌和真核生物在內的生命體系。此後，無數科學家踏上了尋找盧卡“真身”的道路。
2024年7月12日，發表在《自然-生態與進化》雜誌上的一項新研究讓科學家們在這條道路上又前進了一步。他們發現“盧卡”出現的時間要比以往估計的更早，結構也更復雜。
該研究小組的成員比較了350組古菌和350組細菌的基因組，來尋找它們的共同點，以確定哪些特徵是最先出現的。他們分別追蹤了這些古菌和細菌的個體基因和基因家族的進化模式，透過比較個體基因與物種基因的進化史，更好地探究哪些基因被複制、丟失或經歷了水平基因轉移。
根據上述方法，研究小組得出了幾個關於生命起源的重要推斷。
首先，生命共同的祖先“盧卡”的出現時間約為42億年前，這比之前認為的38億年要早得多。我們知道，地球大約形成於46億年前，也就是說在地球形成不久，最早的生命形式就出現了。這說明生命起源的環境可能要比之前認為的更簡單。
其次，“盧卡”擁有相當龐大的基因組。大到什麼程度呢？研究表明“盧卡”的基因組至少包含250萬鹼基對，編碼2600種蛋白質。這比之前的估計要複雜得多，幾乎與現存原核生物的複雜程度相同。
那麼在早期地球上，盧卡是如何生存的呢？科學家發現，盧卡以氫和二氧化碳為食。在沒有進化出光合作用器官的時代，氫就相當於“化學陽光”，為盧卡自身的新陳代謝提供了源源不絕的能量，而它新陳代謝產物(例如甲烷)則可以成為其他生命的養料。所以科學家認為這種化學的氫迴圈系統可以支援一個簡單的生態系統，而且盧卡並不是當時唯一的生命形式，只是其他生命體已經滅絕，並沒有能夠留下後代。
研究還表明，盧卡的身體裡存在著一種抵禦病毒侵襲的基因，說明生命自誕生不久就可能具有與病毒鬥爭的能力或潛力。
在盧卡的身體里科學家還發現了能夠保護其免受紫外線傷害的基因，這就表明盧卡可能並非生活在深海的熱泉噴口中，而是可能生活在地表水中，它們可以從大氣中捕獲二氧化碳和氫氣來供養自己。另一方面，它們體內同時也存在著一種常見於嗜熱菌的酶——反向旋轉酶，意味著盧卡也可能會在海底火山口周圍繁衍生息。
像這樣看上去矛盾的研究結果在早期生命起源的探索中並不罕見。還有的科學家認為，由於引力的作用，在38億年之前會發生周邊大量的小行星、隕石轟擊地球表面的現象，因而這個時期被稱為“重轟期”。在劇烈而頻繁的撞擊之下，地球表面不可能存在液態水，所以早期生命也無法出現。
由於我們無法穿越時間回到生命從無到有的年代親眼目睹當時的情景，這樣相悖的研究結論不難理解。而且，像盧卡這種僅具微小結構的生命也無法在漫長的地質活動中形成化石，留下確鑿的證據，我們只能透過現有的生物和技術手段去作出儘量貼近真相的推測。本次的研究結果也僅僅是個開始。雖然它彙集了多個學科的資料和方法，但也好像只讓我們拿到了生命起源這個巨大拼圖的一小塊。在探究“生命究竟從何而來”這個人類終極問題的道路上，我們還任重而道遠。
本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品作者： 劉森
稽核：高源 國家自然博物館 副研究館員
出品：中國科協科普部
監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
