地球上的生物来自同一个祖先吗？
地球上形形色色的生命，从最小的细菌到庞大的蓝鲸，从深海的怪鱼到高空的飞鸟，它们之间真的存在着某种联系，甚至可能都来自同一个遥远的祖先吗？这是一个深刻而迷人的问题，科学界经过几个世纪的探索，已经积累了大量的证据来回答它。
简而言之，是的，目前科学界的主流观点是，地球上绝大多数的生命都起源于同一个共同的祖先，我们称之为“最后普遍共同祖先”（Last Universal Common Ancestor，简称 LUCA）。这个概念听起来有些宏大，但它并非指某一个具体的物种，而是指一个非常原始、非常简单的生命体，它存在于大约35亿至40亿年前，是所有现存生命体的基因和生物学特征的起点。
要理解这一点，我们需要深入了解生命演化的基本原理以及支持这一观点的证据。
1. 生物进化的基石：共同祖先的推断
达尔文提出的进化论，核心思想是“自然选择”。他观察到，生物体在繁殖时会产生变异，而这些变异有的能帮助它们更好地适应环境，生存下来并繁衍后代。随着时间的推移，这些有利的变异会逐渐积累，导致物种的改变甚至新物种的产生。
如果所有生命都来自同一个祖先，那么它们必然会随着时间的推移，在不同的环境和选择压力下，朝着不同的方向演化，就像一棵大树的分叉一样，最终长出各种各样的枝叶。这种“同源性”是支持共同祖先理论的关键。
2. 支持共同祖先的证据：
普遍的遗传密码： 这是最令人信服的证据之一。几乎所有已知的生命体，无论是细菌、真菌、植物还是动物，都使用相同的DNA或RNA作为遗传物质，并且都遵循相同的“遗传密码”。这意味着，三联的核苷酸（密码子）编码相同的氨基酸。例如，大多数生物中，GCU密码子都编码丙氨酸。如此普遍且复杂的系统，不太可能是独立起源的几次，而更有可能是从一个共同的起点继承下来的。试想一下，如果生命起源了无数次，为什么每次都恰好选择了这套几乎一模一样的规则来构建蛋白质呢？这就像在世界各地独立发明了语言，但每个人使用的字母表、语法和常用词汇都惊人地相似一样难以置信。
细胞的基本结构与功能： 尽管生命形式千差万别，但它们都共享一些核心的细胞结构和生物化学过程。例如，所有细胞都具有细胞膜来分隔内外环境；都依赖ATP（三磷酸腺苷）作为能量货币；都利用相似的酶来进行新陈代谢反应（如糖酵解）。这些基础性的生物学“组件”在所有生命体中都高度保守，表明它们是早期生命就拥有的特性，并被成功地传递给了所有后代。
同源性结构： 比较不同物种的解剖结构，可以发现许多“同源结构”。例如，人类的手、蝙蝠的翅膀、鲸鱼的鳍肢，以及马的前腿，它们的骨骼排列方式在基本结构上惊人地相似。这些结构的功能虽然不同，但它们的相似性强烈暗示它们是从一个共同祖先的某个结构演变而来的。就好比，你可能用同样的积木搭出城堡、汽车或者飞机，虽然成品形态各异，但你使用的原材料是相同的。
DNA序列的相似性： 通过比较不同物种DNA序列的相似程度，科学家可以构建“进化树”。亲缘关系越近的物种，其DNA序列的差异越小。例如，人类和黑猩猩的DNA相似度高达98%以上。即使是与我们差异巨大的生物，比如酵母菌，在基因和蛋白质的序列上，我们也能找到一些基本的相似性，这些相似性指向了共同的祖先。这就像家谱一样，你和你兄弟姐妹的基因差异很小，你和你远房表亲的基因差异会大一些，但你们都共享同一个更古老的祖先。
基因调控网络的相似性： 不仅仅是编码蛋白质的基因，控制基因表达的“基因调控网络”也显示出惊人的相似性。例如，在发育过程中，许多生物体都依赖于相似的基因“开关”来控制细胞分化和器官形成。这表明，控制生命蓝图的“规则书”也是从一个共同的起点继承并演化的。
3. LUCA 是什么样子？（推测）
LUCA 并非我们今天所理解的任何一种生命。它很可能是一种非常简单的细胞，没有复杂的细胞核（属于原核生物），可能类似于今天的细菌或古菌（Archaea），甚至可能更原始，更像是一种由脂质膜包裹的RNA分子集合。它一定具备了自我复制的能力，并且能够从环境中获取能量和物质来维持生命活动。
可以想象一下，在早期地球恶劣的环境中，可能存在着一些能够利用地热能、化学能或紫外线能量的原始分子。在漫长的化学演化过程中，这些分子通过自组装，形成具有自我复制能力的结构，并被一层膜包裹起来，与外界环境区分开，这就是最初的生命雏形。而 LUCA，就是在这个过程中，那个最终胜出、并繁衍至今的原始生命形态。
4. 演化并非直线，而是分支
重要的是要理解，生命演化不是一个直线型的过程，而是一个不断分支的过程。LUCA 产生后，它就开始分裂并演化。一部分可能演化成了细菌的祖先，另一部分演化成了古菌的祖先，还有一部分可能演化成了真核生物（包括我们自己）的共同祖先。随着时间的推移，这些分支又会进一步分化，适应不同的环境，产生各种各样的生命形式。
例如，有些生物体可能演化出了光合作用的能力，利用太阳能；有些可能演化出了在极端高温或高压环境中生存的能力；有些则演化出了复杂的身体结构和行为方式。所有这些差异，都是在 LUCA 的基础上，通过漫长而复杂的演化过程所造就的。
总结来说：
地球上生物的同一个祖先，并非是一个神话般的、凭空出现的创世论观点，而是建立在大量可观测的、可验证的科学证据之上。从普遍存在的遗传密码到相似的细胞结构，再到基因序列和同源性结构，这些证据共同指向了一个令人信服的结论：我们以及地球上的所有生命，都是从一个古老而简单的共同祖先那里，通过漫长的自然选择和演化过程， branching out (分叉) 而来的。这就像一个庞大的、跨越数十亿年的家族史，尽管后代子孙们在外貌、能力和生活方式上千差万别，但追根溯源，我们都能找到那个最初的源头。
简而言之，是的，目前科学界的主流观点是，地球上绝大多数的生命都起源于同一个共同的祖先，我们称之为“最后普遍共同祖先”（Last Universal Common Ancestor，简称 LUCA）。这个概念听起来有些宏大，但它并非指某一个具体的物种，而是指一个非常原始、非常简单的生命体，它存在于大约35亿至40亿年前，是所有现存生命体的基因和生物学特征的起点。
要理解这一点，我们需要深入了解生命演化的基本原理以及支持这一观点的证据。
1. 生物进化的基石：共同祖先的推断
达尔文提出的进化论，核心思想是“自然选择”。他观察到，生物体在繁殖时会产生变异，而这些变异有的能帮助它们更好地适应环境，生存下来并繁衍后代。随着时间的推移，这些有利的变异会逐渐积累，导致物种的改变甚至新物种的产生。
如果所有生命都来自同一个祖先，那么它们必然会随着时间的推移，在不同的环境和选择压力下，朝着不同的方向演化，就像一棵大树的分叉一样，最终长出各种各样的枝叶。这种“同源性”是支持共同祖先理论的关键。
2. 支持共同祖先的证据：
普遍的遗传密码： 这是最令人信服的证据之一。几乎所有已知的生命体，无论是细菌、真菌、植物还是动物，都使用相同的DNA或RNA作为遗传物质，并且都遵循相同的“遗传密码”。这意味着，三联的核苷酸（密码子）编码相同的氨基酸。例如，大多数生物中，GCU密码子都编码丙氨酸。如此普遍且复杂的系统，不太可能是独立起源的几次，而更有可能是从一个共同的起点继承下来的。试想一下，如果生命起源了无数次，为什么每次都恰好选择了这套几乎一模一样的规则来构建蛋白质呢？这就像在世界各地独立发明了语言，但每个人使用的字母表、语法和常用词汇都惊人地相似一样难以置信。
细胞的基本结构与功能： 尽管生命形式千差万别，但它们都共享一些核心的细胞结构和生物化学过程。例如，所有细胞都具有细胞膜来分隔内外环境；都依赖ATP（三磷酸腺苷）作为能量货币；都利用相似的酶来进行新陈代谢反应（如糖酵解）。这些基础性的生物学“组件”在所有生命体中都高度保守，表明它们是早期生命就拥有的特性，并被成功地传递给了所有后代。
同源性结构： 比较不同物种的解剖结构，可以发现许多“同源结构”。例如，人类的手、蝙蝠的翅膀、鲸鱼的鳍肢，以及马的前腿，它们的骨骼排列方式在基本结构上惊人地相似。这些结构的功能虽然不同，但它们的相似性强烈暗示它们是从一个共同祖先的某个结构演变而来的。就好比，你可能用同样的积木搭出城堡、汽车或者飞机，虽然成品形态各异，但你使用的原材料是相同的。
DNA序列的相似性： 通过比较不同物种DNA序列的相似程度，科学家可以构建“进化树”。亲缘关系越近的物种，其DNA序列的差异越小。例如，人类和黑猩猩的DNA相似度高达98%以上。即使是与我们差异巨大的生物，比如酵母菌，在基因和蛋白质的序列上，我们也能找到一些基本的相似性，这些相似性指向了共同的祖先。这就像家谱一样，你和你兄弟姐妹的基因差异很小，你和你远房表亲的基因差异会大一些，但你们都共享同一个更古老的祖先。
基因调控网络的相似性： 不仅仅是编码蛋白质的基因，控制基因表达的“基因调控网络”也显示出惊人的相似性。例如，在发育过程中，许多生物体都依赖于相似的基因“开关”来控制细胞分化和器官形成。这表明，控制生命蓝图的“规则书”也是从一个共同的起点继承并演化的。
3. LUCA 是什么样子？（推测）
LUCA 并非我们今天所理解的任何一种生命。它很可能是一种非常简单的细胞，没有复杂的细胞核（属于原核生物），可能类似于今天的细菌或古菌（Archaea），甚至可能更原始，更像是一种由脂质膜包裹的RNA分子集合。它一定具备了自我复制的能力，并且能够从环境中获取能量和物质来维持生命活动。
可以想象一下，在早期地球恶劣的环境中，可能存在着一些能够利用地热能、化学能或紫外线能量的原始分子。在漫长的化学演化过程中，这些分子通过自组装，形成具有自我复制能力的结构，并被一层膜包裹起来，与外界环境区分开，这就是最初的生命雏形。而 LUCA，就是在这个过程中，那个最终胜出、并繁衍至今的原始生命形态。
4. 演化并非直线，而是分支
重要的是要理解，生命演化不是一个直线型的过程，而是一个不断分支的过程。LUCA 产生后，它就开始分裂并演化。一部分可能演化成了细菌的祖先，另一部分演化成了古菌的祖先，还有一部分可能演化成了真核生物（包括我们自己）的共同祖先。随着时间的推移，这些分支又会进一步分化，适应不同的环境，产生各种各样的生命形式。
例如，有些生物体可能演化出了光合作用的能力，利用太阳能；有些可能演化出了在极端高温或高压环境中生存的能力；有些则演化出了复杂的身体结构和行为方式。所有这些差异，都是在 LUCA 的基础上，通过漫长而复杂的演化过程所造就的。
总结来说：
地球上生物的同一个祖先，并非是一个神话般的、凭空出现的创世论观点，而是建立在大量可观测的、可验证的科学证据之上。从普遍存在的遗传密码到相似的细胞结构，再到基因序列和同源性结构，这些证据共同指向了一个令人信服的结论：我们以及地球上的所有生命，都是从一个古老而简单的共同祖先那里，通过漫长的自然选择和演化过程， branching out (分叉) 而来的。这就像一个庞大的、跨越数十亿年的家族史，尽管后代子孙们在外貌、能力和生活方式上千差万别，但追根溯源，我们都能找到那个最初的源头。
网友意见
目前看来，包含已经死去的生物在内的“地球上所有的生物”不可能来自同一个祖先。
有证据证明，在 LUCA（现存生物的最后共同祖先）诞生之前，病毒就已经存在并广泛地演化，大概可以在和外界没有明确界限的分子汤里复制、感染比 LUCA 更古老的生物之类。当然，在那样遥远的过去发生的事情目前还很难搞明白，但人类早已在无细胞体系里培养了病毒。
相关论文：https://doi.org/10.1038%2Fs4157
“地球上现存的细胞生物和一部分非细胞生物”可能来自同一个祖先，但这中间可以反复发生“某个病毒融入某细菌之中，改变细菌的基因库、成为新种的细菌，后来这新种细菌的一些部件又独立为新的病毒”的事件，你很难确切地说应不应该据此将这细菌的祖先追溯到病毒的祖先去。
在假定 LUCA 存在的情况下，它也不必是地球上存在过的所有生物的共同祖先，只是“比 LUCA 更早的非病毒生物的遗传因子，只有转入了 LUCA 的基因组才能延续到现在”。LUCA 既不是最早的地球生物，也不是最原始的地球生命。
- Gustavo Caetano-Anollés 等研究人员考察了病毒最常见的蛋白质结构域，他们考察的 1995 种蛋白质结构域中有 66 种是病毒独有的。这会让你很难相信“所有病毒与细胞生物有共同祖先”。
- Yara 病毒约 92% 的基因未能与已知生物的基因组数据匹配[1]，那完全就不像是有共同祖先的意思。
而且，现在其实不能确定 LUCA 有没有细胞膜。古菌和细菌的细胞膜的材料是不一样的，人类在实验室里创造过混用这两种材料的大肠杆菌，但在自然界尚未发现这样的生物。Armen Mulkidjanian 的研究显示，LUCA 充其量能制造简单的类异戊二烯膜[2]，那玩意比现代细胞生物的膜的可通过性高得多，将导致现代风格的细胞质向外泄漏。
如果 LUCA 没有细胞膜，而是和外界的区分模糊不清的分子汤，甚至就是在分子汤里复制的病毒类似物，这件事就会变得特别好笑。
参考
- ^ A mysterious 80 nm amoeba virus with a near-complete “ORFan genome” challenges the classification of DNA viruses Paulo V. M. Boratto, Graziele P. Oliveira, Talita B. Machado, Ana Cláudia S. P. Andrade, Jean-Pierre Baudoin, Thomas Klose, Frederik Schulz, Saïd Azza, Philippe Decloquement, Eric Chabrière, Philippe Colson, Anthony Levasseur, Bernard La Scola, Jônatas S. Abrahão doi: https://doi.org/10.1101/2020.01.28.923185
- ^ Proceedings of the International Moscow Conference on Computational Molecular Biology, 2011, p 92
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