地球上每一个活细胞都源自同一个祖先群体。生物学家称之为LUCA，即最后一个普遍共同祖先，关于它的新问题不再是它是否存在，而是它有多完备。由杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的研究人员领导的团队提出，LUCA拥有可运转的遗传密码和核糖体，但代谢只建成了一半，生命的两大分支，即细菌和古菌，分别完成了这项工程。这项研究于8月5日发表在《科学进展》上，为开放获取。
这一主张建立在对所有细胞共有的代谢核心进行细致重建的基础之上。研究人员绘制了构成核心生物合成的反应图谱，在早期工作的基础上更新为424个反应的清单，并追问哪些酶家族存在于LUCA中，哪些出现得更晚。利用953个已测序的原核生物基因组，其中552个来自细菌、401个来自古菌，他们按序列和结构将相似的酶聚类，并追踪每个聚类在生命两大域中的分布。如果一个酶家族在细菌和古菌中至少四个主要分类群的大多数基因组中都得到保留，就将其归入LUCA。针对细菌与古菌分化的统计检验得出的p值为0.002。
他们的答案是：166个酶家族，约占他们能够绘制的反应的46%，可追溯到LUCA。另有89个出现在通向现代细菌的谱系上，38个出现在通向古菌的谱系上，还有37个因分布过于稀疏而无法归属。核糖体从另一个角度讲述了同样的故事。LUCA的核糖体，这个存在于所有生命中的蛋白质工厂，被重建为含有33个蛋白质；古菌谱系增加了29个，细菌谱系增加了21个。有五个案例，包括丙氨酸脱氢酶和核黄素合酶，两个谱系似乎各自独立地发明了结构上无关、却催化同一反应的酶。这幅图景是：一个祖先已具备遗传机制，但其生物化学仍在建设中，并在两大域中分别完成。
论文摘要以谨慎的措辞陈述了这一主张：普遍共同祖先中的酶促代谢并不完整，在通向细菌和古菌的谱系中各自独立地完成了最后的组装。此外，论文并没有说LUCA不是活的，而且明确认可LUCA拥有功能正常的核糖体、遗传密码和翻译机制。出现在新闻稿中的抓眼球的概括，一套遗传密码，两次生命起源，是资深作者威廉·马丁（William Martin）的解读框架，而非论文本身出现的表述。代谢的独立完成是否配得上两次起源这个标签，如今已成为一场定义之争的焦点，因为遗传密码、核糖体和翻译都追溯到同一个起源。
这项研究还提供了一个化学层面的解释，说明不完整的代谢在酶出现之前如何运转。约46%的核心代谢反应存在地球化学对应物，361个反应中有37个已在模拟热液喷口的条件下，使用简单的金属催化剂，即铁、钴、镍和钯，得到实验验证。最引人注目的演示涉及磷酸盐。亚磷酸盐是一种由蛇纹石化作用产生的磷化合物，蛇纹石化正是驱动喷口化学的同一水岩反应，它能把磷酸基团转给生物分子。在实验中，金属镍在100摄氏度下过夜，以约75%的产率将亚磷酸盐转化为磷酸盐和氢气；钯催化剂配合亚磷酸盐，在50摄氏度下72小时内以约8%的产率将能量货币AMP转化为ADP。丝氨酸在18小时内以42%的产率被磷酸化为磷酸丝氨酸。作者指出，仅镍一种金属就能替代乙酰辅酶A途径中约十种酶和十种辅因子，这条途径是古老的固碳路线。这幅图景是：金属先完成化学反应，酶再逐渐接手。
这一设想看似合理，但在细节上存在争议。威斯康星大学麦迪逊分校的贝图尔·卡恰尔（Betül Kaçar）研究早期生命，未参与这项工作。她向《科学美国人》表示，环境提供催化的想法非常合理，但同时提醒，最后一个共同祖先并不等于生命的起源，化学和地质如何把接力棒交给生物学仍然未知。论文引用并反驳了其他竞争性的起源设想，包括氰硫基原始代谢和热泉。作者也承认了局限性：古菌基因组的注释不如细菌基因组完整，可能使计数产生偏差；没有来自冥古宙的直接地质证据；钯在地壳中很稀少；实验室使用的亚磷酸盐浓度超过了今天在蛇纹石化岩石中测得的浓度。
这项研究并没有了结这桩公案。它重建的是单个反应，而不是仅靠金属运转的连续网络，作者表示，决定性的实验，即在不使用酶的情况下组装出一个连贯的代谢体系，正在进行中。如果成功，生命起源的图景将从单一起源转变为某种更奇异的东西：一套密码、一个核糖体，以及成为自由生活细胞所需化学的两次独立完成。
婷 翻译
来源：
- Mrnjavac, N., Hoffmann, N.K., Schlikker, M.L. et al. “Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent.” Science Advances, August 5, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aef3128.
- Heinrich Heine University Düsseldorf press release, “Early Evolution of Life: Two Origins of Life,” August 5, 2026.
- Pappas, S. “Life on Earth May Have Emerged Not Once but Twice.” Scientific American, August 7, 2026.
- ScienceDaily, “Evidence for two origins of life on Earth,” August 11, 2026. https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260811011134.htm