科學家發現地球上所有生命出現之前就存在的基因

對這位遠古祖先的研究表明，現代生活中看到的許多特徵在當時就已經存在。細胞確實有膜，遺傳信息存儲在 DNA 中。由於這些基本特徵已經被識別出來，科學家們想要了解生命最初是如何形成的，就必須進一步研究過去，研究在這個共同祖先存在之前發生的進化事件。

研究第一個共同祖先之前的生活

在雜誌上發表的一項研究中 細胞基因組學研究人員 Aaron Goldman（歐柏林學院）、Greg Fournier（麻省理工學院）和 Betul Kachar（威斯康星大學麥迪遜分校）描述了一種探索早期進化時期的方法。 “雖然最後一個普遍共同祖先是我們可以用進化方法研究的最古老的生物體，但其基因組中的一些基因要古老得多，”戈德曼說。該團隊正在關註一組稱為“宇宙同源物”的特殊基因，它們保存了最後一個普遍共同祖先之前發生的生物變化的證據。

旁系同源物是一組在單個基因組中多次出現的相關基因。人類提供了一個明顯的例子。我們的 DNA 包含八種不同的血紅蛋白基因，所有這些基因都會產生通過血液輸送氧氣的蛋白質。這些基因均源自大約 8 億年前存在的單一祖先珠蛋白基因。在很長一段時間內，重複的複制錯誤產生了額外的基因拷貝，每個拷貝逐漸發展出自己的特殊作用。

Global Paralogs 有何獨特之處

全球同類產品非常罕見。這些基因家族在幾乎所有生物體的基因組中至少出現兩個拷貝。它們的存在廣泛表明原始基因複制發生在最後一個普遍共同祖先出現之前。這些重複的基因隨後被傳遞了無數代，並仍然存在於今天的生活中。

由於這種深刻的進化影響，作者認為宇宙對應物對於研究地球上最早的生命歷史來說是極其重要但經常被忽視的資源。隨著基於人工智能的新技術和改進的人工智能儀器使詳細分析古代基因型變得更加容易，這種方法變得越來越實用。

“雖然我們所知的宇宙學模型很少，但它們可以為我們提供大量有關最後一個普遍共同祖先之前的生活狀況的信息，”戈德曼說。 “這些全球對應物的歷史是我們對這些早期細胞譜系的唯一信息，因此我們需要仔細地從它們中提取盡可能多的知識，”福尼爾補充道。

第一個細胞功能的證據

在他們的分析中，高盛、福尼爾和卡查爾回顧了所有已知的全球同行。這些基因中的每一個都在構建蛋白質或跨細胞膜運輸分子中發揮作用。這一結果表明蛋白質生產和膜運輸是最早進化的生物功能之一。

研究人員還強調重建這些基因的古代形式的重要性。在歐柏林高盛實驗室的一項研究中，科學家們檢查了一個幾乎普遍存在的家族，該家族涉及將酶和其他蛋白質插入細胞膜。他們利用進化生物學和計算生物學的標準方法，重建了原始祖先基因產生的蛋白質。

他們的結果表明，這種古老的、更簡單的蛋白質仍然可以附著在細胞膜上，並與製造蛋白質的機制相互作用。它們可能幫助早期蛋白質將自身錨定在原始膜上，從而深入了解早期細胞的功能。

了解最古老生命歷史的新窗口

作者希望計算工具的不斷進步將使科學家能夠識別更多近乎普遍的家族，並更詳細地研究它們的古代祖先。卡卡說：“通過遵循全球類比，我們可以將地球上生命的第一步與現代科學工具聯繫起來。” “它們為我們提供了一個機會，將進化和生物學中最深層的未知轉化為我們可以實際測試的發現。”他們的目標是建立一幅關於最後一個普遍共同祖先之前的更清晰的進化圖景，並闡明我們所知道的生命最初是如何出現的。