All Of Life Has A Common Ancestor. What Was LUCA?
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嘿，短波爱好者们，我是 Emily Kwong，今天我们要讲一个关于你们祖先的故事，但不是你们的祖父母，也不是你们的曾祖父母，更不是你们的几百代祖先。不，我们说的是所有生命的祖先。所有生命。Jonathan Lambert，你非常适合和我们一起讨论这个话题，因为在你加入 NPR 科学新闻组之前，你曾为《量子杂志》撰写过关于这位祖先的文章。这是所有生物的起源吗？

是的。他们称之为 LUCA，即最后的共同祖先，它已经不复存在了，但它在数十亿年前曾经存在过，是一种单细胞生物。你说“最后的共同祖先”，这是什么意思呢？想象一下生命之树。所有生命。是的，所有的一切。好的。那么让我们从树枝开始。♪

地球上的每一个生物都代表着这棵树上一个树枝的顶端。对。如果你沿着任何两个树枝追溯到过去，它们就会汇聚到它们最近的共同祖先。例如，黑猩猩和人类，它们汇聚到大约一千万年前的共同祖先。

如果你一直追溯任何一条祖先的路径，无论你从大猩猩、鲨鱼、银杏树还是那些生活在地球深处令人惊叹的细菌开始，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。哇，太棒了。

我们为什么想知道 LUCA？科学家们想要了解 LUCA 是什么样子，因为它关系到一个非常根本的问题：我们，也就是地球上所有生命，从哪里来。这是一个新的进展。一个科学家团队通过一些非常棘手的侦探工作，对尝试描绘 LUCA 的图像做出了迄今为止最大胆的尝试。

所以今天节目中，我们将讲述科学家如何利用当今生命的线索来揭示我们最后的共同祖先可能是什么样子。它可能比我们想象的要古老和复杂一些。如果这是真的，可能会暗示我们并非宇宙中唯一的生命。噔噔噔。您正在收听 NPR 的科学播客短波节目。♪

好的，让我们先退一步，John。我们怎么知道 LUCA（我完全相信它的存在，但仍然），我们怎么知道 LUCA 存在呢？它存在的证据隐藏在每一个生物体中。所以我们都共享一些基本的生命机制，例如遗传密码或使用氨基酸来构建蛋白质。

我以为是归属感和，你知道的，拥有朋友的愿望。不是那个。是的，是的，不是那个。鉴于我们对进化机制的了解，基因一代一代地遗传下来，因此 LUCA 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继承的。所以它是

只是生命起源的另一个说法。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事物的第一个。但它是我们通过观察今天活着的生物所能追溯到的生命起源的最远点。麻省理工学院的生物学家 Greg Fournier 解释得很好。在某种程度上，你可以把它看作是我们已知生命起源故事的终结，因为所有今天所有生命共有的东西

在 LUCA 时期就已经存在了。哇。是的，了解这个故事的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 可能是什么样子的呢？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，如果你比较我们和黑猩猩中基本相同的基因，那么可以肯定地说，我们是从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。你是什么意思？

基因会做很多事情，这些事情会扰乱侦探工作。基因会做些什么来让科学家侦探偏离他们的方向呢？是的，有水平基因转移，这是一种基因不是垂直地从一代传到下一代，而是微生物可以将其水平地传递给邻居的现象。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 之后进化出来的，因为它不是所有后代都共享的。作为一个非科学家，我知道足够的科学知识，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些什么来使图像更清晰呢？

因此，消除所有这些噪声的一种方法是严格筛选，只关注那些几乎没有水平基因转移证据的基因。2016 年进行的一项非常突出的此类分析描绘了 LUCA 的一个相当简单的图像。

她是一个像我一样美丽的棕发美女吗？不，她不是棕发美女。但研究人员确实认为 LUCA 像是半活着的，依靠热液喷口获取能量。我们喜欢这位坚韧的女王。哦，我并不惊讶她生活在热液喷口中。你认为这张图有多准确？

这是有争议的，一些研究人员认为这可能是一个过于简单的图像。布里斯托尔大学的古生物学家 Phil Donoghue 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 的图像过于简单。

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，但这并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。

好的。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。因此，他们不是试图明确预测 LUCA 是否拥有某个基因，而是赋予它一个概率。好的。这个概率策略是如何运作的呢？是的。该团队查看了来自 350 个细菌物种和 350 个古细菌物种的近 10,000 个不同的基因家族。哦，我们在这个节目中喜欢古细菌。根据这些数据，他们进行了一些复杂的概率建模来解释水平基因转移。

我们之前讨论过的基因共享。嗯哼。他们为每个基因分配了一个属于 LUCA 基因组的概率。哦。

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 个蛋白质，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……

人类制造的基因编辑工具吗？你什么意思？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。因此，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 一点也不简单。她很复杂，很强大，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吗？是的。LUCA 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。

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。因此，这种 LUCA 也可能生活在更靠近海面的地方。好的。我发现这种推测非常有趣。你知道，Gina 向我介绍了热液喷口

可能是生命起源的摇篮这个想法。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，哇，所以 LUCA 可能并不孤单。它不仅仅是所有 LUCA 在四处游动。Phil 和他的同事认为不是这样。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，因为这些谱系的任何痕迹都早已消失。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在孤立的情况下进化。他们描绘的这幅图很有趣。但这篇论文对 LUCA 可能生活的时间说了些什么呢？如果那是数十亿年前，他们是如何计算出来的呢？

是的，这很难。所以他们转向了基因。所有基因都会随着时间的推移发生突变。这些突变的滴答声可以作为一种分子钟。研究人员用碳测年的化石校准了他们的时钟。对，他们知道年龄的化石。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。

他们的时钟显示 LUCA 生活在大约 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，地球可能需要再过一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。

因此，总的来说，人们曾经认为这一时期可能过于恶劣，无法孕育生命。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，大约两亿年的时间让生命起源并……

进化到像这个 LUCA 那样复杂的东西？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 亿年前的日期是否正确。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？所以这可能意味着进化的早期阶段可能……

哇。

如果复杂的生命在地球上进化并不那么困难，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 Jonathan Lambert。很高兴和你谈论这个话题以及 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古细菌的剧集。

确保您不会错过任何新剧集，请在您收听的任何播客平台上关注短波节目。如果您有科学问题，请发送电子邮件至 [email protected]。

本剧集由 Burleigh McCoy 制作，我们非常高兴她从产假回来。它由我们的节目主持人 Rebecca Ramirez 编辑。Tyler Jones 检查了事实。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。感谢收听 NPR 的科学播客短波节目。

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