生命起源研究的难题(探索生命起源之谜的新方法和新发现)

科学或许能让我们在太空旅行、追溯整个宇宙的历史,但它却还无法确切地告诉我们,生命是如何以及何时在我们的地球上首次出现的。一般来说,科学家会使用化石记录来试图寻找这些问题的答案。然而,正如古生物学家们都知道的那样,随着往回追溯的时间越来越久远,化石也越来越难以找到。

事实上,我们并没有足够多的早于25亿年之前的化石以供研究。这是由于地球有自己的岩石循环系统,旧的岩石会经过风化过程而遭到破坏,余下的则会被循环变成新的岩石。这就导致了我们已有的岩石,都从它们的原始构成中进行过高度的重新加工。一般说来,它们根本不再包含任何生物残留物。即使有时能发现一些罕见的存有生命的化石,它们也大多难以识别,并且很难将它们与任何一种特定的现代生物体联系在一起。

在一项发表于《自然-生态学与进化》上的新研究中,我们决定尝试用一种新的方法来构建生命的时间线。我们利用了现有的丰富的生物基因数据,还使用了一种名为分子钟的技术,这种技术能通过阅读写在生物体基因中的故事来解读过去。

△ 新研究表明,图中右侧纵轴所列的真细菌、真核生物、古细菌类(自上而下)的共同祖先的出现时间,或许早于后期重轰炸期(Late heavy bombardment)。| 图片来源:布里斯托大学

值得一提的是,论文中阐述的关于生命起源和进化的时间线的结果,在每个节点(即在生命之树中物种有共同祖先的地方)的年龄估算上都存在相当大的不确定性。这种情况对于生命之树中的最古老的部分,以及我们拥有最少数据的部分(无论是化石还是分子)来说尤为如此。

然而,我们能捕捉到这种不确定性却同时也是一件好事,因为它表明结果中的时间线并没有过度自信地显示精确地年龄,而是显示了它的不准确性。这意味着随着新的现存的谱系和化石不断被发现,它们可以被不断得添加到分析中,从而对其进行精炼与更新,从而使得在未来或许能出现更高的精确度。

我们发现,这种认为地球上的所有生命都起源于非常早期的某个单细胞的假设,即所谓的“最后的共同祖先”,存在于“后期重轰炸期”之前。这一时期大约发生在39亿年前,那时地球持续遭遇剧烈的流星撞击。这远远早于从目前确认的最古老的化石证据中所估算出的约35 - 38亿年前的结果。

已确认的最古老化石年龄大约为34亿年,而在格陵兰岛发现的潜在最古老化石,可以追溯到38亿年前。还有一种说法认为,在一种有41亿年历史的名为锆石的矿物中发现的碳,或许是生物性的。可惜的是,到目前为止科学家还无法证实这一点。

有些研究人员认为,生命不可能在后期重轰炸期中存活下来,因此我们最古老的祖先必定出现在这一阶段之后。有断言称,这一事件会杀死所有的植物,并让周围所有的水都蒸发。然而最近有一些数学模型表明,即便如此,也仍可能有适合生命的环境存在。

我们发现,细菌和古菌这两种主要的生命谱系,几乎出现于最后一个共同祖先的10亿年之后。另一方面,在地球历史中,真核生物分化得相对较晚,大约在18亿年前。这一发现与先前的研究一致。

我们的时间线结果也得以让我们对一些古老的事件进行研究,比如线粒体的内共生——这是形成线粒体(为细胞呼吸系统提供动力的细胞器)的过程。在真核生物的历史上,这一重大事件的发生与它们的首次出现非常接近,表明这有助于推动它们随后的快速传播。

我们希望,新的研究将会成为探求地球历史的极早时期的进化奥秘的绝佳起点。

生命起源研究的难题(探索生命起源之谜的新方法和新发现)(1)

撰文:Holly Betts(布里底托大学古生物学在读博士)

原文标题为“Ancestor of all life on Earth evolved earlier than we thought, according to our new timescale”,首发于2018年8月20日的theConversation。原文链接:https://theconversation.com/ancestor-of-all-life-on-earth-evolved-earlier-than-we-thought-according-to-our-new-timescale-101752。中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

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