Robert F. Service 发表于 2016-07-30 21:04
（Paradoxian/译）在地球上擦亮出第一丝生命火花的化学反应链恐怕会永远湮没在时间的长河里。但一些我们最原始的祖先——包括随后衍生出一切细胞生命的“微生物夏娃”——在传给后代的基因中留下了些许痕迹。为了追踪这些基因，遗传学家们审视了近2000份现代微生物的基因组。近日，研究者们报告称，通过这样的基因组挖掘，他们对我们的最近普适共同祖先（last universal common ancestor, LUCA）的日常生活有了新的了解。结果表明，LUCA可能生活在无氧环境中的喜热微生物，并且依赖氢气为生。这有力地支持了先前的假说：地球生命起源于类似海底火山周围的那些深海热泉。
今天，地球上所有的细胞生物可以分成三大类：细菌，古菌和真核生物。前两种是原核生物，也即没有细胞核的细胞生物。这两种关系甚远的原核生物之间一场联姻产生了真核生物——这些具有细胞核的细胞们构成了包括动植物在内所有复杂的多细胞生命体。
细菌，古菌，和真核生物最早的共同祖先，被称为“LUCA”，即最近普适共同祖先。图片来源：参考文献[1]
目前为止的遗传学研究发现了有关LUCA的一些十分诱人的线索。大部分证据都暗示，就LUCA和现代细胞一样，也用DNA储存遗传信息。同样被后代沿用的还有制造蛋白质和使用ATP作为“能量货币”。但遗传学家们在搜寻关于LUCA生活方式的其他细节上就略为吃力了。一个主要的难点在于，微生物不仅把基因传递给后代，还会和“街坊领居”们互换一些片段；这一过程叫做基因水平转移。那么如果两株不同的微生物共有同一个基因，到底是因为它们有共同的祖先，还是因为有些家伙更擅长散播自己的遗传片段？这两种情境很难分辨，为窥探LUCA的生活方式增加了不少难度。
为了做到这点，德国杜塞尔多夫大学的进化生物学家威廉·马丁（William Martin）带领的团队采用了一种更严谨的方式来分析那些可能纵向遗传的基因。与以往不同的是，他们没有只关注单独一种细菌和一种古菌间共享的基因，而是搜寻了至少两种细菌和两种古菌所共有的基因。最初的这步让他们找到了约600万个基因，这些基因能归入多于28.6万个基因家族。进一步的分析表明，如此多基因家族中,只有355个广泛分布在所有现代生物中，并进而能被追溯回一个所有生命的共同祖先。这355个基因家族成为了解密LUCA的备选军。
在这周的《自然·微生物》期刊上，马丁和他的同事们报道了他们的发现。这355个基因家族并没有随机散布在现生的所有物种中。相反，它们汇集在了一个特殊的类群中——这个类群的代谢特点也许便是LUCA的遗风。最值得一提的是，他们发现LUCA是厌氧的，生活在和氧气隔绝的地方——这与大部分现今生活的细胞们都不同。这一发现与科学家们所知的40亿年前的地球环境不谋而合。这段时期又称作后期重轰炸期（late heavy bombardment period），地球刚形成不久，陨石和彗星还在不断下落，原始海洋周期性的被蒸发殆尽，大气中也缺乏氧气。对这批基因的进一步审视还表明，LUCA几乎肯定是个赖氢气为生的嗜热生物，就和先前研究所假设的一样。尽管如今有许多微生物都能生产氢气，但因为LUCA的出现早于它们，后者就必须贴近能产生氢气的地质结构，而海底火山附近的深海热泉就是这样的地方。
大西洋“迷失之城”中的碱性深海热泉。图片来源：lostcity.washington.edu
加州大学洛杉矶分校的进化生物学家詹姆斯·莱克（James Lake）称这一新研究“令人瞩目”，“往前迈了重要一步”。莱克还说，LUCA的生活方式和现代的两类微生物类似：梭菌属（Clostridium）的厌氧细菌，和依赖氢气的产甲烷古菌。所以尽管LUCA早已仙逝，与它最为邻近的亲戚们也许仍和我们一起生存在这地球上。
（编辑：Calo）
参考文献：
Weiss, Madeline C., et al. "The physiology and habitat of the last universal common ancestor." Nature Microbiology 1 (2016): 16116.
文章题图：Weiss, Madeline C., et al.
编译来源
Our last common ancestor inhaled hydrogen from underwater volcanoes. Science news
Robert F. Service 发表于 2016-07-30 21:04
（Paradoxian/译）在地球上擦亮出第一丝生命火花的化学反应链恐怕会永远湮没在时间的长河里。但一些我们最原始的祖先——包括随后衍生出一切细胞生命的“微生物夏娃”——在传给后代的基因中留下了些许痕迹。为了追踪这些基因，遗传学家们审视了近2000份现代微生物的基因组。近日，研究者们报告称，通过这样的基因组挖掘，他们对我们的最近普适共同祖先（last universal common ancestor, LUCA）的日常生活有了新的了解。结果表明，LUCA可能生活在无氧环境中的喜热微生物，并且依赖氢气为生。这有力地支持了先前的假说：地球生命起源于类似海底火山周围的那些深海热泉。
今天，地球上所有的细胞生物可以分成三大类：细菌，古菌和真核生物。前两种是原核生物，也即没有细胞核的细胞生物。这两种关系甚远的原核生物之间一场联姻产生了真核生物——这些具有细胞核的细胞们构成了包括动植物在内所有复杂的多细胞生命体。
细菌，古菌，和真核生物最早的共同祖先，被称为“LUCA”，即最近普适共同祖先。图片来源：参考文献[1]
目前为止的遗传学研究发现了有关LUCA的一些十分诱人的线索。大部分证据都暗示，就LUCA和现代细胞一样，也用DNA储存遗传信息。同样被后代沿用的还有制造蛋白质和使用ATP作为“能量货币”。但遗传学家们在搜寻关于LUCA生活方式的其他细节上就略为吃力了。一个主要的难点在于，微生物不仅把基因传递给后代，还会和“街坊领居”们互换一些片段；这一过程叫做基因水平转移。那么如果两株不同的微生物共有同一个基因，到底是因为它们有共同的祖先，还是因为有些家伙更擅长散播自己的遗传片段？这两种情境很难分辨，为窥探LUCA的生活方式增加了不少难度。
为了做到这点，德国杜塞尔多夫大学的进化生物学家威廉·马丁（William Martin）带领的团队采用了一种更严谨的方式来分析那些可能纵向遗传的基因。与以往不同的是，他们没有只关注单独一种细菌和一种古菌间共享的基因，而是搜寻了至少两种细菌和两种古菌所共有的基因。最初的这步让他们找到了约600万个基因，这些基因能归入多于28.6万个基因家族。进一步的分析表明，如此多基因家族中,只有355个广泛分布在所有现代生物中，并进而能被追溯回一个所有生命的共同祖先。这355个基因家族成为了解密LUCA的备选军。
在这周的《自然·微生物》期刊上，马丁和他的同事们报道了他们的发现。这355个基因家族并没有随机散布在现生的所有物种中。相反，它们汇集在了一个特殊的类群中——这个类群的代谢特点也许便是LUCA的遗风。最值得一提的是，他们发现LUCA是厌氧的，生活在和氧气隔绝的地方——这与大部分现今生活的细胞们都不同。这一发现与科学家们所知的40亿年前的地球环境不谋而合。这段时期又称作后期重轰炸期（late heavy bombardment period），地球刚形成不久，陨石和彗星还在不断下落，原始海洋周期性的被蒸发殆尽，大气中也缺乏氧气。对这批基因的进一步审视还表明，LUCA几乎肯定是个赖氢气为生的嗜热生物，就和先前研究所假设的一样。尽管如今有许多微生物都能生产氢气，但因为LUCA的出现早于它们，后者就必须贴近能产生氢气的地质结构，而海底火山附近的深海热泉就是这样的地方。
大西洋“迷失之城”中的碱性深海热泉。图片来源：lostcity.washington.edu
加州大学洛杉矶分校的进化生物学家詹姆斯·莱克（James Lake）称这一新研究“令人瞩目”，“往前迈了重要一步”。莱克还说，LUCA的生活方式和现代的两类微生物类似：梭菌属（Clostridium）的厌氧细菌，和依赖氢气的产甲烷古菌。所以尽管LUCA早已仙逝，与它最为邻近的亲戚们也许仍和我们一起生存在这地球上。
（编辑：Calo）
参考文献：
Weiss, Madeline C., et al. "The physiology and habitat of the last universal common ancestor." Nature Microbiology 1 (2016): 16116.
文章题图：Weiss, Madeline C., et al.
编译来源
Our last common ancestor inhaled hydrogen from underwater volcanoes. Science news