All of life has a common ancestor. What was LUCA?
13:08 Share

想象一下生命之树。每个分支的顶端代表一个物种，如果你沿着任何两个分支追溯到过去，你就会遇到一个交叉点。如果你继续追溯到过去，你最终会找到所有生命的共同祖先。这个祖先被称为LUCA，即最后的普遍共同祖先，没有任何化石记录可以告诉我们它是什么样的。幸运的是，我们有乔纳森·兰伯特。他是NPR的科学通讯员，今天他正在谈论所有关于LUCA的事情：我们认为这种单细胞生物可能是什么样的，它生活在什么时候，以及最近的一项研究为什么表明它可能比科学家们认为的更古老、更复杂。您还有其他关于古代生物学的问题吗？请发送电子邮件至[email protected]——我们很乐意收到您的来信！收听Short Wave的每一集，无需赞助商，并通过注册Short Wave+（plus.npr.org/shortwave）支持我们在NPR的工作。了解更多关于赞助商信息选择的信息：podcastchoices.com/adchoicesNPR隐私政策</context> <raw_text>0 NPR的支持和以下信息来自我们的赞助商，全食超市。在全食超市找到负责任养殖的三文鱼、绝无抗生素的鸡胸肉、有机草莓等产品的超值日常价格。您正在收听来自NPR的Shortwave。

嘿，Short Ravers，我是Emily Kwong，这里有一个关于你祖先的故事，但不是你的祖父母，也不是你的曾祖父母，也不是你的曾曾曾曾曾曾祖父母。不，我们说的是所有生命共同的祖先。所有生命。你只是和我们谈论这个的合适人选，乔纳森·兰伯特，因为在你目前在NPR科学部的任职之前，你为《量子杂志》撰写了关于这个祖先的文章。这是所有生物都起源的地方吗？

是的。所以他们称之为LUCA，代表最后的普遍共同祖先，它已经不复存在了，但它会在数十亿年前以某种单细胞生物的形式存在。当你提到最后的普遍共同祖先时，这是什么意思？所以想象一下生命之树。所有生命。是的，所有的一切。是的。所以让我们从树枝开始。♪

地球上的每一个生物都代表着那棵树的一个树枝的顶端。对。如果你沿着任何两个分支追溯到过去，它们就会汇聚到它们最近的共同祖先。例如，黑猩猩和人类，它们汇聚在一个大约在不到一千万年前生活的共同祖先。

如果你足够远地追溯任何祖先的路径，无论你从大猩猩、鲨鱼、银杏树还是那些生活在地球深处肠道的细菌开始，你最终都会到达同一个点。那就是LUCA。这是我们所知的每一个生物和每一个已灭绝生物的祖先。奶奶。奶奶。

哇，太棒了。我们为什么想知道LUCA？科学家们想要了解它是什么样的，因为它触及到了一个非常根本的问题，那就是我们，也就是地球上所有生命，从哪里来。这是一个新的发展。一个科学家团队进行了迄今为止最大胆的尝试，试图通过一些非常棘手的侦探工作来描绘LUCA的图像。

所以在今天的节目中，科学家们如何利用今天的生命线索来揭示我们最后的普遍共同祖先可能是什么样的。它可能比我们想象的更古老、更复杂。如果这是真的，可能会暗示我们不是宇宙中唯一的生命。咚咚咚。您正在收听Shortwave，来自NPR的科学播客。

此信息来自NPR赞助商，Land's End Outfitters。您的品牌很重要，他们会创造您的团队想要穿着的服装。访问business.landsend.com/pod20，并使用代码pod20享受您的第一个产品20%的折扣。

好吧，让我们先退一步，约翰。我们甚至怎么知道LUCA，我完全相信它，但是，我们怎么知道LUCA存在呢？它存在证据隐藏在每一个生物中。所以我们都共享一些基本的生命机制，比如遗传密码或使用氨基酸来构建蛋白质。

我以为这是归属感和，你知道，拥有朋友的愿望。不是那个。是的，是的，不是那个。鉴于我们对进化如何运作的了解，基因一代一代地遗传下来，因此，像LUCA这样的东西一定存在。对。如果我们与细菌共享基因，我们一定是从很久以前的共同祖先那里获得的。所以它是

只是生命起源的另一个说法吗？不，它不是生命起源。它甚至不是第一个细胞、第一个微生物或任何东西的第一个。但它确实是我们可以通过观察今天活着的生物来追溯到生命起源的最远的地方。麻省理工学院的生物学家格雷格·福尼尔说得很好。在某种程度上，你可以把它看作是我们所知的生命起源故事的结尾，因为所有今天所有生命中共同存在的特征

在LUCA时就已经存在了。哇。是的，了解这个故事结尾的性质仍然可以告诉研究人员很多关于早期进化的信息。

那么让我们继续这个故事吧。研究人员是如何试图讲述这个故事并弄清楚LUCA可能是什么样的？总的来说，所有这些努力都试图通过观察不同生物体之间共享的内容来猜测LUCA拥有的基因和蛋白质。例如，如果你比较一个在我们和黑猩猩身上基本相同的基因，那么可以肯定地说，我们是从我们的共同祖先那里继承的。这是最简单的解释。是的。

但是，这种推断越往回追溯，就越复杂。你的意思是？

嗯，基因会做很多事情，这些事情会扰乱侦探工作。嗯，基因会做些什么来让科学家侦探失去方向呢？是的，有水平基因转移，这是指基因不是垂直地从一代传到下一代，而是有些微生物可以将其水平地传递给它们的邻居。例如，细菌可以将其抗生素抗性传递给其他细菌朋友，当它

与它们接触并共享一小段DNA时。哦，好吧。因此，这可能会使许多物种看起来都从共同祖先那里继承了这个基因，而实际上它只是被共享了很多次。所以这混淆了绘制更清晰的LUCA图像的努力。还有什么呢？是的。然后还有基因丢失的问题，但只对某些物种而言。

例如，如果LUCA中的基因在某些物种的后代中丢失了，这可能会导致研究人员错误地得出结论，认为这些基因是在LUCA之后进化而来的，因为它不是所有后代都共享的。作为一个非科学家，我对科学的了解足以知道这基本上意味着数据非常混乱。或者像科学家们说的那样，数据非常嘈杂。没错。很多很多东西混淆了水域。那么研究人员正在做什么来使图像更清晰呢？

所以，一种消除所有噪音的方法是严格筛选，只关注那些几乎没有水平基因转移证据的基因。2016年，一项非常突出的此类分析描绘了LUCA相当简单的图像。

她像我一样是一个美丽的棕发女郎吗？不，她不是棕发女郎。但研究人员确实认为LUCA就像半活着的，依靠热液喷口获取能量。我们喜欢一个有韧性的女王。哦，我并不惊讶她会在热液喷口。你认为这张照片有多准确？

所以这是有争议的，一些研究人员认为这可能有点过于简单了。布里斯托尔大学的古生物学家菲尔·多诺霍告诉我，他认为过于挑剔可能会导致研究人员忽略LUCA实际上拥有的许多蛋白质，这将导致对LUCA的一种人为简化的图像。

所以我认为，人们过去已经得出了非常高清晰度、高分辨率的图像，它更加精确，但可以说是准确性较低。我们追求准确性而不是精确性。嗯。好的。所以他们精确地达成了一致，但这不一定是正确的事情，这使得这一发现并不那么准确。是的，没错。没错。

好吧。那么我们如何尝试获得更准确的图像呢？基本上是少挑剔一些。所以，与其试图明确预测LUCA是否拥有某个基因，他们赋予它一个概率。好的。这个概率策略是如何运作的？是的。所以研究小组观察了来自350种细菌和350种古细菌的近10000个不同的基因家族。哦，我们在这个节目中喜欢古细菌。由此，他们进行了一些复杂的概率建模来解释水平基因转移。

我们之前谈到的基因共享。嗯哼。他们为每个基因分配了一个属于LUCA基因组的概率。嗯哼。

这创造了一个模糊的图像，但可能更准确。那么图像是什么样的呢？LUCA相当复杂。他们估计这个单细胞，我们的最后一个共同祖先，拥有一个与一些现代细菌大小大致相同的基因组。哇。它大约有2600种蛋白质，比许多科学家想象的要多得多。好的。他们发现的最酷的事情之一是LUCA拥有所有这些不同的CRISPR-Cas9基因。等等，CRISPR不是吗？

人类制造的基因编辑工具？你的意思是？是的，是的。所以我们人类利用它来进行生物工程，但在自然界中，细菌使用这些CRISPR基因来切割病毒。所以LUCA拥有这些基因的事实表明它可能拥有某种古老的免疫系统。所以也许LUCA根本不简单。她很复杂，很健壮，可能也像我们一样与病毒作斗争。他们对LUCA如何……

进食和维持生命有什么说法？是的。所以LUCA很可能在没有氧气的情况下生存，并将二氧化碳或氢气转化为能量。哇。许多科学家认为生命可能起源于深海的热液喷口。是的。这种概率LUCA可能生活在那里，吞噬从这些喷口喷出的气体。但这些气体也可能来自大气。所以这个LUCA也可能生活在更靠近海面的地方。好的。好的。

我发现这种推测非常令人愉快。你知道，吉娜向我介绍了热液喷口可能是生命起源摇篮的这个想法。或者正如你在你的文章中所说，将分子转化为允许进化形式的化学炼金术，这是对你的文章的松散释义。海洋，它似乎是所有这一切的摇篮。完全正确，完全正确。

另一个理论是LUCA可能以其他生物的废物为食。哦，所以，哇，所以LUCA可能并不孤单。就像不是所有的LUCA都在四处游动。菲尔和他的同事们认为不是这样。那些研究人员认为LUCA实际上是一个复杂的微生物生态系统的一部分，这些微生物后来已经灭绝了。嗯。

他们没有这方面的证据，因为任何这些谱系的痕迹都早已消失，但他们基本上认为，像他们版本的LUCA那样复杂的东西不可能孤立地进化。这是一个有趣的画面，但这篇论文对LUCA可能生活的时间说了些什么？如果那是数十亿年前，他们又是如何计算出来的呢？

是的，这很难。所以他们转向了基因。所以所有基因都会随着时间的推移而发生突变。这些突变的滴答声可以作为一种分子钟。研究人员用碳定年化石校准了他们的时钟。对，他们确定年龄的化石。对，对。然后他们通过观察其后代积累的所有遗传差异来估计LUCA生活的时间。

他们的时钟将LUCA的生存时间定在约42亿年前。哇。那太古老了。

大约那个时候地球上发生了什么？情况非常糟糕。大约45亿年前，一颗火星大小的行星与地球相撞形成了月球。科学家们认为，这颗行星可能需要再过一亿到两亿年才能稳定下来，足以支持生命。在接下来的几年里，科学家们认为地球不断受到小行星的撞击。哦。

所以总的来说，这一时期曾经被认为可能过于恶劣，以至于生命无法出现。但这个新的LUCA理论使情况复杂化了。我的意思是，这留下了什么，大约几亿年的时间让生命起源发生，并且……

进化达到像这个LUCA一样复杂的东西。我不知道。从进化的角度来看，这似乎时间并不多。是的，确实不多。这使得一些研究人员怀疑这个日期是否准确。这个42亿年前的日期是正确的。对，对，对。但其他研究人员认为这很有道理。如果这是真的，它会有一些非常深远的影响。比如什么？比如，

哇。

如果在地球上进化出复杂生命并不那么困难，那可能意味着在其他星球上也不那么困难。为外星人团队加一分。非常感谢你，乔纳森·兰伯特。很高兴和你谈论这个以及LUCA。谢谢。要了解更多关于生命起源的信息，请查看我们关于热液喷口和另一集关于古细菌的节目。

并确保您不会错过任何新剧集，方法是在您正在收听的任何播客平台上关注Shortwave。如果您有科学问题，请发送电子邮件至[email protected]。

本集由Burleigh McCoy制作，我们很高兴她从产假回来。它由我们的节目主持人Rebecca Ramirez编辑。Tyler Jones核实了事实。音频工程师是Gilly Moon。Beth Donovan是我们的高级总监，Colin Campbell是我们的播客战略高级副总裁。我是Emily Kwong。我是Jonathan Lambert。感谢您收听Shortwave，来自NPR的科学播客。

唐纳德·特朗普承诺改变华盛顿特区，那里有一句老话，人事就是政策。这就是为什么我们创建了一个名为《特朗普的条款》的新播客，您可以在其中关注NPR对即将上任的特朗普政府的报道，从他的内阁秘书到政治顾问和高级军事领导人，以了解他们是谁，他们相信什么，以及他们将如何执政。

收听来自NPR的《特朗普的条款》。每年一月，数百万人都会立下誓言，在新的一年里减少饮酒。如果您是其中之一，请依靠NPR的自助播客Life Kit，获取您可以用来充分利用您的承诺的技巧和窍门。我们将帮助您制定计划，并请专家们权衡如何在整个月中保持动力并善待自己。在您获取播客的任何地方搜索Life Kit的“一月禁酒”，以获取您完成这项任务所需的工具。来自NPR。