博主：所有微生物、动物和植物的地球生命有一个共同祖先，生活在42亿年前，这种单细胞生命是以氢气为食物的生命体。这一研究证明，地球上所有生命都是代谢氢气生命的后代，也提示氢气对地球所有生命具有潜在的重要作用。最近二十年的研究也发现，氢气不仅是微生物的重要代谢物，也对高等的生命形式如我们常见的动物和植物，包括人类，都可以产生重要作用。非常重要的是，氢气对所有生命几乎没有任何毒性。有作用没有毒性作用的这一特殊性质，决定了氢气可能在环境治理，动物植物生态系统保护，生命健康维护，人类健康和疾病治疗等领域的潜在应用价值。

The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system | Nature Ecology & Evolution

我们最后的共同祖先生活在42亿年前——可能比人们认为的要早几亿年

所有现存生物体的最后一位共同祖先是一种生活在42亿年前的微生物，它拥有一个相当庞大的基因组，编码着约2600种蛋白质，以氢气和二氧化碳为食，并拥有一种原始的免疫系统来抵御病毒入侵者。这是一项新研究的结论，该研究比较了700种现代微生物的基因组，寻找共同点以确定哪些特征最早出现。尽管这项分析并未揭示生命是如何开始的，但它表明，在地球形成后不久的几亿年内，就演化出了一种与现代微生物有些相似的复杂细胞生物。

威斯康星大学麦迪逊分校的进化生物学家贝图尔·卡卡尔说：“我非常兴奋。”他本周在墨西哥普埃尔托瓦亚尔塔举行的分子生物学与进化学会会议上看到了这项研究的展示。（该研究今天也发表在《自然生态学与进化》杂志上。）“这是一项全面的分析，也是如何进行这类工作的一个很好的例子。”

这不是第一次尝试勾画出假设中的最后通用共同祖先（LUCA）的身份。例如，2016年，由海因里希·海涅大学杜塞尔多夫分校的进化生物学家威廉·马丁领导的研究人员使用比较已知微生物基因组的相关方法，提供了迄今为止最有说服力的遗传证据，表明LUCA很可能是一种厌氧生物，生长在大多数细胞今天所需的氧气缺乏的环境中。马丁的遗传分析还发现了证据，暗示它是一种“嗜热菌”，一种喜热的微生物，以氢气（H2）为食。这种组合表明它可能生活在靠近水下火山的深海海洋喷口附近。

他的团队在2016年的研究中没有试图给出LUCA的日期。但其他努力将LUCA的存在定位在大约38亿年前。

然而，自马丁的研究以来，更多的微生物已被完全测序，卡卡尔指出比较基因组学的工具也变得更加精细和熟练。在新的LUCA研究中，布里斯托尔大学的基因组学专家埃德蒙·穆迪开发了一种方法，旨在提供对LUCA存在时间的更精确预测。一种常见的方法是依靠微生物物种中已知但不同的遗传突变率，以及它们之间的基因转移速度，来创建一种分子钟。通过构建家族树来区分哪些生物体可能从其他生物体进化而来，并跟踪保守基因中的遗传变化，研究人员可以大致估计树上两个相邻分支何时分化，从而确定它们共同祖先的年龄。以前的分析采取了这种方法，依靠追踪单一基因的变化，这些基因由似乎以LUCA为根的后代共享。

穆迪及其同事更进一步。他们关注了五组“同源”或复制基因，这些基因在多个细菌和古细菌中发现，表明这种倍增发生在LUCA分裂成那些后代之前。穆迪说，追踪一个突变是在这些基因的两个拷贝中都存在还是仅在一个中存在，使得确定它们复制的时间以及共同祖先的年龄变得更加容易。

通过这样做，他们的分析表明LUCA生活在大约42亿年前。“这可能比其它估计稍早一些，但并不多，”未参与这项工作的卡尔顿学院的进化微生物学家瑞卡·安德森说。

为了像马丁那样探索LUCA的生活方式，穆迪的小组跟踪了350种细菌和350种古细菌种类中的57个“标记”基因，以构建生命树。穆迪说，这比马丁的团队更进一步，后者跟踪了至少两种细菌和两种古细菌共有的基因。然后，他的团队分别跟踪了这些细菌和古细菌在常用基因组数据库中列出的所有可用基因的单个基因和基因家族的进化模式。通过比较单个基因与物种的进化历史，他们能更好地确定哪些基因被复制、丢失或经历了水平基因转移。从这一点出发，他们推断出LUCA具备什么。

“这是一种更稳健的方法，”安德森说。但马丁反驳说，尽管有这种努力，“他们得到了完全相同的结果，8年后。”

确实，英国团队的分析表明，LUCA以二氧化碳和氢气为食，正如马丁所发现的。但他们还发现，LUCA有一个基因可能保护它免受紫外线的伤害，这表明这种微生物可能生活在表层水域，在那里它可以从大气中捕获二氧化碳和氢气，而不是在深海喷口处。尽管如此，像马丁一样，他们也发现了一种叫做逆转酶的酶的特征，这种酶通常在嗜热菌中发现，他们承认这意味着LUCA也可能在这些喷口周围繁荣。

穆迪还发现了一些新东西：LUCA很可能拥有19个CRISPR-Cas9基因，现代细菌依赖这一装置来切碎病毒入侵者的遗传物质（这是现在许多领域使用的多功能基因组编辑工具的灵感来源）。“LUCA拥有这种早期免疫系统作为避免病毒的方式，”穆迪说。

这让卡卡尔感到兴奋，因为它暗示了一个遥远的微生物和病原体繁荣的生态系统。安德森同样感到兴奋，注意到CRISPR-Cas9系统“有点复杂”。这意味着在短短几亿年内，早期生命就演化出了复杂的微生物，其相互作用迅速形成了简单生态系统的基础结构——这是现代研究试图描绘早已消失的LUCA所无法解释的壮举。