探索生命起源之謎的新方法和新發現

科學或許能讓我們在太空旅行、追溯整個宇宙的歷史，但它卻還無法確切地告訴我們，生命是如何以及何時在我們的地球上首次出現的。一般來說，科學家會使用化石記錄來試圖尋找這些問題的答案。然而，正如古生物學家們都知道的那樣，隨著往回追溯的時間越來越久遠，化石也越來越難以找到。

事實上，我們並沒有足夠多的早於25億年之前的化石以供研究。這是由於地球有自己的岩石循環系統，舊的岩石會經過風化過程而遭到破壞，餘下的則會被循環變成新的岩石。這就導致了我們已有的岩石，都從它們的原始構成中進行過高度的重新加工。一般說來，它們根本不再包含任何生物殘留物。即使有時能發現一些罕見的存有生命的化石，它們也大多難以識別，並且很難將它們與任何一種特定的現代生物體聯繫在一起。

在一項發表於《自然-生態學與進化》上的新研究中，我們決定嘗試用一種新的方法來構建生命的時間線。我們利用了現有的豐富的生物基因數據，還使用了一種名為分子鐘的技術，這種技術能通過閱讀寫在生物體基因中的故事來解讀過去。

所有的生命都會從上一代中遺傳基因信息，隨著進化事件的發生，這些信息會隨著時間的推移而逐漸改變。這一方法學的工作原理是基於兩類現存的物種的基因組差異（例如如人類和細菌）而成的，這種差異的積累方式大致與它們擁有共同祖先的時長成正比。化石在這種方法中仍因作為計算共同祖先年齡的粗略指南而扮演著重要角色，分子鐘會被用來對這些估算進行更新。

新的研究結合了一共來自102個生物體的29個基因的分子數據，同時我們還使用了9塊化石作為校準用的參照。這些生物體包括細菌、古菌（單細胞微生物）和真核生物（植物和動物等多細胞生物）。

將化石包含在這一過程之內對分析來說是至關重要的，因為它們有助於實時地將事件聯繫起來。化石能告訴我們，一個譜系的存在一定比它的化石年齡更早。這是重建生命早期的最重要的方法，因為能夠供科學家分析的化石量實在太少了。然而到目前為止，這恰恰是這種方法應用得最少的地方。

新研究表明，圖中右側縱軸所列的真細菌、真核生物、古細菌類（自上而下）的共同祖先的出現時間，或許早於後期重轟炸期（Late heavy bombardment）。| 圖片來源：布里斯託大學

值得一提的是，論文中闡述的關於生命起源和進化的時間線的結果，在每個節點（即在生命之樹中物種有共同祖先的地方）的年齡估算上都存在相當大的不確定性。這種情況對於生命之樹中的最古老的部分，以及我們擁有最少數據的部分（無論是化石還是分子）來說尤為如此。

然而，我們能捕捉到這種不確定性卻同時也是一件好事，因為它表明結果中的時間線並沒有過度自信地顯示精確地年齡，而是顯示了它的不準確性。這意味著隨著新的現存的譜系和化石不斷被發現，它們可以被不斷得添加到分析中，從而對其進行精鍊與更新，從而使得在未來或許能出現更高的精確度。

我們發現，這種認為地球上的所有生命都起源於非常早期的某個單細胞的假設，即所謂的「最後的共同祖先」，存在於「後期重轟炸期」之前。這一時期大約發生在39億年前，那時地球持續遭遇劇烈的流星撞擊。這遠遠早於從目前確認的最古老的化石證據中所估算出的約35 - 38億年前的結果。

已確認的最古老化石年齡大約為34億年，而在格陵蘭島發現的潛在最古老化石，可以追溯到38億年前。還有一種說法認為，在一種有41億年歷史的名為鋯石的礦物中發現的碳，或許是生物性的。可惜的是，到目前為止科學家還無法證實這一點。

有些研究人員認為，生命不可能在後期重轟炸期中存活下來，因此我們最古老的祖先必定出現在這一階段之後。有斷言稱，這一事件會殺死所有的植物，並讓周圍所有的水都蒸發。然而最近有一些數學模型表明，即便如此，也仍可能有適合生命的環境存在。

我們發現，細菌和古菌這兩種主要的生命譜系，幾乎出現於最後一個共同祖先的10億年之後。另一方面，在地球歷史中，真核生物分化得相對較晚，大約在18億年前。這一發現與先前的研究一致。

我們的時間線結果也得以讓我們對一些古老的事件進行研究，比如線粒體的內共生——這是形成線粒體（為細胞呼吸系統提供動力的細胞器）的過程。在真核生物的歷史上，這一重大事件的發生與它們的首次出現非常接近，表明這有助於推動它們隨後的快速傳播。

我們希望，新的研究將會成為探求地球歷史的極早時期的進化奧秘的絕佳起點。

來源：原理

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