驚人發現：生命起源于熱液環境

　　現代科學的一個最大奧秘就是：生命是如何開始的？大多數科學家認為，所有的生命形式，都是從一個共同的原始祖先微生物進化而來的，但細節卻是模糊的。什么樣的基因形成了這種生命體，它居住哪里？近期，發表在《Nature Microbiology》的一項新研究，揭示了這個早期的有機體以及它進化的環境。

　　對生命起源感興趣的實驗科學家一般用兩種不同的方法來解決問題。一種方式是“自底向上”的方法，他們試圖想象早期的生命如何出現，然后嘗試在實驗室中重建關鍵的步驟。另一種方法是“自頂向下”的方法，是分析或拆開現代細胞，以簡化它們，并推導出復雜進化過程中可能發生的的關鍵階段。

　　對這個問題感興趣的信息學家利用DNA測序革命中新興的大量數據。這帶來了一個關于生物基因組的信息海洋——從細菌到人類。隱藏在這里面的應該是來自原始細胞的DNA序列的回音——地球上第一個使用現代遺傳密碼的細胞，通過數十億個世代傳遞到了現在。

　　“最后一個普遍的共同祖先”是一個非常早期的假設，認為地球上所有的生命都來自于單細胞。這個祖先和現代生物之間的關系，通常是以進化樹的形式顯現的，其中最著名的例子是Charles Darwin進化樹。

　　DNA測序的出現為遺傳相關性提供了一種精彩的、高度定量的測量，超越了整個生物學。地球上幾乎所有的生物都利用相同的四堿基代碼A、C、G和T。因此，一般而言，我們可以用它來構建整個生命的進化樹。我們知道，某些基因，如編碼核糖體小RNA亞基的基因，存在于地球上細胞生命的開端，似乎已被所有后來的生命形式繼承。在過去的四十億年中，這個特定的基因——16S rRNA的拷貝，已經逐漸被獨立進化分支（已經產生了不同的生命形式）中的隨機突變而改變。這意味著，每一個物種的特征序列，都與近期分化的生物譜系相同，但是卻與進化早期分化出來的譜系不同。

　　大約30年前，對這些“萬能”DNA序列的分析，使我們對地球生命多樣性的認識有了戲劇性的變化，尤其是無核單細胞生物（原核生物）驚人的多樣性程度。這也強調，存在一個巨大的原核生命的新“領域”，現在被稱為古細菌。

　　研究人員試圖構建真正通用的進化樹，將定義所有的現代細胞是如何起源于這最后一個共同祖先，但是受到了一些技術問題的阻礙。一個問題在于，生命最初開始時彼此分離的群體的絕對數量。此外，細菌也可能互相交換基因，這使得我們很難確定它們是如何被傳遞下去的。

　　氫動力的生物？

　　在新的研究中，研究人員應用一種復雜的先進方法，將一些測序的原核基因進行聚類。然后他們研究了所有細菌群體的相似模式，發現一小部分的基因存在于古細菌和細菌中。他們表明，這些基因真的很可能是直接起源于一個共同的祖先，而不是通過橫向交換的方式。

　　這一結果很重要，因為它確定了特定的細菌（梭狀芽胞桿菌）和古細菌（產甲烷菌）類群，它們攜帶這些基因的早期版本，這意味著它們是非常古老的，可能類似于最早產生不同細菌和古細菌譜系的生物。

　　更重要的是，保守的基因的性質，講述了一個驚人的故事，這最后一個共同祖先活在這種環境中，并講述了它如何提取能量用以生存和茁壯成長。這項研究表明，近四十億年前，這些生物所居住的世界與我們現在生活的世界是非常不同的。沒有可用的氧氣，但根據基因，這一共同的祖先可能從氫氣中獲得能量，大概是由地球地殼中的地球化學活動產生的。“惰性”氣體包括二氧化碳和氮氣，將為制造所有的細胞結構提供了關鍵的基礎。鐵是自由可用的，沒有氧氣將其轉化為不溶性的銹，所以這種元素被早期細胞中的許多酶所使用。一些基因被認為參與了高溫適應性，這表明這些生物體在一種熱液環境中進化——也許相當于現代熱液噴口或溫泉，在那里有一些細菌仍然茁壯成長。

　　可悲的是，我們沒有一臺時間機器，所以就沒有辦法直接驗證這些結果。然而，現在這些信息將引起人們極大的興趣，尤其是有些科學家，希望利用這些信息來告訴他們自下而上的實驗，重建現代形式的原始生命。但是，這將是非常難的，因為對高溫、氮氣、二氧化碳和爆炸性氫氣的要求。