人与苍蝇有共同的祖先？生活在40亿年前 达尔文100年前就曾准确预测

人类及地球生命的起源一直是科学界争论不休的话题。其中一种假设认为所有地球生物在分化之前均来源于同一个单细胞生物——卢卡（LUCA，last universal common ancestor）。也就是说，人类和鸟类、苍蝇甚至细菌都有一个共同的祖先…

LUCA大约生活在距今40亿年前的海底深海热液口周边。科学界普遍认为在35-38亿年前， LUCA分裂成三种不同的生命形态：单细胞细菌、古细菌以及能够演变为动物和植物的更为复杂的真核细胞。 然而，我们的祖先LUCA究竟长什么样子，以及它为什么会发生分裂、分化，现代人依旧对它知之甚少。

科学家们从6百万种基因里筛选出355种他们认为 LUCA 可能携带的基因。长期以来基因演变的方式是可以被预测的，也就是说通过比较当前生物体的DNA序列，科学家可以就那些无法研究的生物体提出假设。

于是，在德国海涅大学的William Martin的领导下，一群科学家检查了细菌和古生菌的基因。如果基因至少在两类细菌和两类古细菌身上被发现，那么LUCA也很有可能拥有它们。研究者们筛选出的355种基因暗示LUCA可以不需要氧气而存活，它从二氧化碳和氢中获取能量，并且能够承受高温，需要金属的存在。

科学家认为，最先从LUCA中分化出来的是 古细菌和细菌。不过要想知道在分裂之前发生了什么很困难，因为那个时代几乎没有留下任何化石遗迹，任何能追溯到那个年代的基因可能均已发生无法辨认的变异。

细菌和古细菌都具有由磷脂分子组成的坚固细胞膜，但两者之间的主要差异是磷脂的分子结构不同，且互为镜像。于是科学家提出一种假设，即由于LUCA自身细胞膜的脂质结构不稳定，磷脂分子倾向于进入两种稳定的细胞膜中，从而诞生了细菌和古细菌。

为此，近日一组荷兰研究人员利用基因编辑技术将细菌和古细菌中的产脂酶转移到大肠杆菌细胞内，构建了一种含有来自细菌和古细菌脂质的混合细胞膜生物体。杂交生物体中30%的磷脂结构为古细菌细胞磷脂结构。但与预期相反的是，大肠杆菌细胞膜并没有在接缝处分裂，表明混合膜的内在不稳定性导致“脂质分裂”以及细菌和古细菌产生分化的假设是不成立的（该研究成果发表于PANS）。

事实上，通过基因编辑技术合成的新型大肠杆菌的形状比普通的大肠杆菌更细长，高水平的原生脂质使它的表面生长出一些小的凸起。但除此之外，似乎并没有什么特别之处。“这些混合细胞的稳健性令人吃惊，我们期待在它们的生长过程中发现更多的问题。毕竟，它相当于一种新的生命形式”研究人员 Driessen表示。

早在1859年，查尔斯·达尔文就预言了“LUCA”这个细胞祖先的存在，但LUCA确实称得上是生命起源过程中一个令人费解的谜团。或许可以通过缩小到单个脂质分子进行研究，以此得到生命起源新的突破…

文 / 朱张航宇

参考文献：Converting Escherichia coli into an archaebacterium with a hybrid heterochiral membrane, PNAS, 2018, doi:10.1073/pnas.1721604115.

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