復(fù)雜生命可能比我們想象的要老十億年

復(fù)雜、有核的細(xì)胞生命的起源——從變形蟲到人類——可能比我們想象的要早得多。

一項(xiàng)新研究追溯了最初的步驟復(fù)雜生活表明這種從更簡單祖先的轉(zhuǎn)變始于近30億年前——很久以前在我們的星球擁有氧氣水平之前需要支持一個繁榮的真核生物圈。

這比一些估算中復(fù)雜細(xì)胞的興起早了近十億年，表明進(jìn)化過程異常漫長，而非復(fù)雜性的快速飛躍。

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地球上有許多分類方式，但最基本的區(qū)分可能是原核生物和真核生物之間的區(qū)別。

原核生物，這一類包括細(xì)菌和古菌，是地球上最早出現(xiàn)的生命大約40億年前.原核生物相對簡單，本質(zhì)上由細(xì)胞膜、一些堅(jiān)韌的蛋白質(zhì)和漂浮的DNA組成。

真核目相比之下，出現(xiàn)得更晚且更復(fù)雜，其中核,細(xì)胞，精細(xì)的內(nèi)膜，以及更大、結(jié)構(gòu)更嚴(yán)密的基因組。

這些組成部分發(fā)展的順序，以及具體時間，長期以來一直是個懸而未決的問題。最大的未知數(shù)之一是線粒體融入時間線——所謂的”強(qiáng)國這些細(xì)胞幫助將葡萄糖中的能量轉(zhuǎn)化為一種叫做三磷酸腺苷（ATP）的化學(xué)物質(zhì)，從而為細(xì)胞過程提供動力。

科學(xué)家認(rèn)為線粒體最初是自由生活的細(xì)菌它安置在另一個牢房，最終與其融合。這次合并的時間很重要——線粒體是先出現(xiàn)并引發(fā)了復(fù)雜性的變化，還是復(fù)雜性先開始，線粒體后來出現(xiàn)。

為了弄清楚這一點(diǎn)，由英國布里斯托大學(xué)古生物學(xué)家克里斯托弗·凱領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)對多種生物的基因進(jìn)行了分子時鐘分析。

“這一方法有兩個方面：通過收集數(shù)百種物種的序列數(shù)據(jù)，并結(jié)合已知化石證據(jù)，我們能夠創(chuàng)建出一棵時間確定的生命樹?！?a>計(jì)算進(jìn)化生物學(xué)家湯姆·威廉姆斯說英國巴斯大學(xué)的成員。

“然后我們可以應(yīng)用這個框架，更好地確定單個基因家族內(nèi)歷史事件的時間點(diǎn)?！?/p>

一個分子時鐘是一種方法，使科學(xué)家能夠估算生物體何時分化，何時性狀首次出現(xiàn)?；旧希厍蛏系乃猩问蕉加幸恍┕餐c(diǎn)，比如通用遺傳密碼，一組幾乎通用的氨基酸，以及普遍依賴ATP作為能源.

科學(xué)家可以估算特定DNA序列突變發(fā)生的速率，比較多個物種中的同一序列，并倒推估算這些物種何時存在有共同的祖先.他們還可以利用分子時鐘來判斷性狀或基因功能首次出現(xiàn)的時間。

研究人員通過聚焦真核生物與原核生物之間的差異，利用數(shù)百個生物的基因重建了真核性狀出現(xiàn)順序的時間線。他們稱其模型為CALM，是Complex Archaeon（晚期線粒體）的縮寫。

令人驚訝的是，一些最早的遺傳特征出現(xiàn)在大約29億到30億年前，首次可檢測到的肌動蛋白和微管蛋白、簡單的細(xì)胞骨架以及質(zhì)子核的早期特征。

隨后發(fā)生了導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜，細(xì)胞器稱為高爾基以及基因表達(dá)系統(tǒng)的多樣化，如RNA聚合酶。

線粒體出現(xiàn)得相對較晚——大約在22億年前出現(xiàn)。

但這一時間點(diǎn)恰好與地球氧氣迅速增加的時間相符——這表明，盡管真核生物早已在前途大氧化事件它需要環(huán)境變化帶來的一點(diǎn)推動力，才能達(dá)到今天的水平。

“這項(xiàng)研究的獨(dú)特之處在于詳細(xì)探討這些基因家族實(shí)際的功能——以及哪些蛋白質(zhì)與哪些蛋白質(zhì)相互作用——全部發(fā)生在絕對時間內(nèi)?！?a>凱說.

“這需要多個學(xué)科的結(jié)合：古生物學(xué)為時間線提供參考，系統(tǒng)發(fā)育學(xué)為創(chuàng)造忠實(shí)且有用的樹，分子生物學(xué)為這些基因家族提供背景?！?/p>

該研究已發(fā)表于自然界.

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