在所有生命的最后共同祖先之前，进化是什么样的？

LUCA之前

地球上的所有生命都有一个大约生活在40亿年前的共同祖先。这个所谓的“所有生物物种的最后共同祖先”（LUCA）是科学家能够研究的最古老生物。

先前关于LUCA的研究发现，我们今天在生物体中看到的所有特征——比如拥有细胞膜和DNA基因组——在这一祖先所处的时代就已经存在了。因此，如果我们想理解生命的这些基本特征最初是如何出现的，就需要能够研究发生在LUCA之前的进化史。

在一项新发表于《细胞·基因组学》的研究中，一个研究团队提出了一种恰好能够做到这一点的方法。研究人员指出：虽然LUCA是我们能够用进化方法研究的最古老生物，但它基因组中的一些基因要古老得多。基于这一点，他们将目光投向一类被称为“通用横向同源物”（universal paralog）的基因家族——它们为发生在LUCA之前的进化事件提供了证据。

通用横向同源物

横向同源物（paralog）是指在同一基因组中拥有多个成员的一类基因家族。比如，在我们自己的基因组中，就有八种版本的血红蛋白基因，它们编码能够与氧结合并将氧通过血液运输的蛋白质。

所有这些横向同源物都源自一个古老的珠蛋白（globin）基因——大约8亿年前，它还以单一拷贝的形式存在。这些横向同源物基因是由该基因在DNA复制错误中反复发生复制而产生的，而后每个拷贝在数百万年的时间里又进化出各自不同的特征。

通用横向同源物是一种罕见而特殊的横向同源物：在如今所有或几乎所有生物体的基因组中，它们至少都有两个拷贝。如此广泛的存在表明，某个原始基因发生复制这一事件，必然发生在LUCA之前，并且其多个拷贝由其后代继承下来，一直延续到今天。

出于这个原因，研究人员认为通用横向同源物为理解地球生命的最早期历史提供了一个不可或缺、但尚未得到充分利用的研究对象。

最早的蛋白质生产与跨膜运输

在新的研究中，研究人员梳理了所有已知的通用横向同源物。它们都与蛋白质的生成，或不同分子跨细胞膜的运输有关。因此，细胞的这两项特征很可能是生命最早进化出的特征之一。

研究人员还建议对这些远古的祖先基因本身作出更深入的描述。比如，他们在实验室中研究了一个通用横向同源物基因家族，该家族负责将酶和其他蛋白质嵌入细胞膜。利用进化生物学与计算生物学的常用技术，他们重建了这一蛋白质家族的原始祖先所编码的蛋白质。他们发现，这种更简单、更古老的蛋白质版本仍然能够执行诸如与膜结合，以及与蛋白质合成机器结合等功能，并且可能曾帮助一些简单蛋白质把自己“嵌入”早期细胞膜之中。

研究人员认为，虽然目前已知的通用横向同源物少之又少，但它们能提供大量信息，来帮助科学家了解在LUCA出现之前，生命是什么样子。这些通用横向同源物的历史，是我们将来对这些最早细胞谱系所能拥有的唯一信息，因此我们需要谨慎地从中尽可能提取更多知识。

最终，他们希望日益精密的计算工具将使研究人员能够发现新的通用横向同源物基因家族，并以更高的细节来描述它们的远古祖先。

最深的未知变成可检验的假说

这项新的研究表明，通过追踪通用横向同源物，研究人员可以把地球上最早的生命步骤与现代科学工具连接起来。它们为科学研究提供了一个机会，将进化与生物学中最深层的未知转化为实际上可被检验的发现。

研究人员设想能够为LUCA之前的进化过程描绘出一幅更细致图景，看看在那个我们所熟知的生命才刚刚出现的时期，究竟是什么样的。

#参考来源：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1115050?

https://doi.org/10.1016/j.xgen.2026.101140

#图片来源：

封面图&首图：TheDigitalArtist / Pixabay