布里斯托尔大学领导的一个国际研究小组揭示了地球上最早的生态系统,表明在行星形成的数亿年内,地球上的生命已经蓬勃发展
该研究发表在《自然生态学与进化》杂志上
今天活着的一切都来自一个共同的祖先,人们亲切地称之为LUCA(最后的普遍共同祖先)
LUCA是所有现代细胞生命的共同祖先,从细菌等单细胞生物到巨大的红木(以及我们人类)。LUCA代表了生命之树在分裂成今天公认的群体之前的根;细菌、古细菌和真核生物
现代生命从各种不同来源的LUCA进化而来:用于在所有细胞生物体中构建蛋白质的相同氨基酸、共享能量货币(ATP)、核糖体等细胞机制的存在以及与从DNA中存储的信息中制造蛋白质相关的其他机制,甚至所有细胞生命都使用DNA本身作为存储信息的方式
研究小组比较了现存物种基因组中的所有基因,计算了自它们在LUCA中共享祖先以来随时间推移在其序列中发生的突变
一些物种的分离时间是从化石记录中已知的,因此该团队使用了一个用于计算物理学速度的熟悉方程的遗传等价物来计算LUCA的存在时间,得出的答案是42亿年前,即地球和太阳系形成后约4亿年
合著者、布里斯托尔地球科学学院的SandraÁlvarez Carretero博士说:“我们没想到在地球形成的数亿年内,LUCA会如此古老。然而,我们的研究结果与现代关于早期地球可居住性的观点相吻合。”
接下来,该团队通过模拟生命谱系中活物种的生理特征来计算LUCA的生物学
主要作者Edmund Moody博士解释说:“基因的进化史因谱系之间的交换而变得复杂。我们必须使用复杂的进化模型来调和基因的进化历史与物种的谱系。”
布里斯托尔生物科学学院的合著者Tom Williams博士说:“这里的真正优势之一是将基因树-物种树调和方法应用于代表生命主要领域的多样化数据集:古细菌和细菌。这使我们能够有信心地说并评估LUCA是如何生活的。”
合著者Tim Lenton(埃克塞特大学地理学院)合著者Anja Spang教授(荷兰皇家海洋研究所)补充道:“很明显,LUCA正在利用和改变其环境,但它不太可能独自生活。它的废物将成为其他微生物的食物,如产甲烷菌,这将有助于建立一个循环生态系统。”
合著者Philip Donoghue教授评论道:“我们的工作汇集了来自多个学科的数据和方法,揭示了对早期地球和生命的见解,这是任何一门学科都无法实现的。它还展示了早期地球上生态系统建立的速度有多快。这表明生命可能在宇宙其他地方的类似地球的生物圈中蓬勃发展。”
这项研究还涉及来自伦敦大学学院(UCL)、乌得勒支大学、布达佩斯生态研究中心和冲绳科学技术研究生大学的科学家
More information: The nature of the Last Universal Common Ancestor and its impact on the early Earth system, Nature Ecology & Evolution (2024). DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1Journal information: Nature Ecology & Evolution
Provided by University of Bristol
2024-09-15
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