地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

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地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?浪漫主义跳海家,INFP,浪漫主义跳海家,UCL学渣,垃圾分类为生化废物
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这其实是一个细胞学和生物学非常有意思的问题。

要回答这个问题我们需要先了解生物分类学的概念。这里人们最常用到的模型就是生物进化树( tree of evolution)

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

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当然,这是一个接近于科普性质的生物进化树。随着科学的发展,对已知物种的基因学检测和生存环境等等一系列的考虑条件足以让科学家绘画出一个丰富多彩的生物进化之路。

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

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现在的科学家通过这样的一棵树,可以把生物更加具体的根据种 属 科 目 纲 门 界这样的从小到大分类方式把每一种生物严丝合缝的放入一个标准模型中。

比如我们人类在这一系统中叫做 Homo Sapiens,就说明了人类的种是 Sapiens(智人种),属是 Homo(人属)。再往上呢?人科,灵长目,哺乳纲,脊索动物门,动物界,真核域。

换句话说,在生物进化树中,我们和鲸鱼是在哺乳纲开始分道扬镳的,和很多黑猩猩却是从人科开始变化的。

蓝鲸:Balaenoptera musculus,(蓝鲸种,须鲸属,须鲸科,偶蹄目,哺乳纲,脊索动物门,动物界,真核域(加粗部分是人和蓝鲸在分类中相同的部分)
黑猩猩:Pan troglodytes,(黑猩猩种,黑猩猩属,人科,灵长目,哺乳纲,脊索动物门,动物界,真核域(加粗部分是人和黑猩猩在分类中相同的部分)

也就是说,我们和黑猩猩是在分化到灵长目的一个共同祖先(common ancestor)之后,因为生存环境或者别的不同而开始出现了种族的差异。这是不是意味着我们和猴子有一个共同祖先呢?

没错,这个祖先我们把它叫做黑猩猩 - 人类最后共同祖先(Chimpanzee–human last common ancestor,CHLCA)如今,有人认为这个物种叫做Graecopithecus freybergi但是还没有一个准确的定论。这个物种的分布初步也被判断为在欧洲而不是非洲[3],但我们依旧还没有能够让科学家下定论的绝对性化石证据。

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

这些牙齿同时发现的是一个下颚骨化石,没错,科学家通过一块下颚骨判断有可能这个物种就是人类与黑猩猩的最后共同祖先了。

人和鲸鱼有没有共同祖先呢?通过上面的分类,我们知道鲸鱼和我们都是哺乳纲的生物,所以这个祖先叫做最后共同哺乳纲祖先(last common mammalian ancestor, LCMA)

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

有可能长这样。

讲到这里你可能突然意识到了,那是不是我们一直追溯到最上面的分类,找一个祖先,他就是所有生物的一个共同祖先了呢?这就是生物分类学专家抽丝剥茧希望靠近的真相了,接下来,让我们直接看看最大的分类——域(domains)。

域,再过去一直被认为有三个:细菌域(Bacteria)古菌域(Archaea)真核生物域(Eukaryota)。但在 2013 年,一位叫做 Williams 的教授在科学杂志(Nature)刊登了一篇名为 An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life(真核生物是古菌的一个分支证明了只有两个域)的文章。换成人话,本身生物树大家一直以为有三个最粗的树枝,现在科学家仔细研究后发现:对不起我看错了,真核生物这个枝子是从古菌身上冒出来的,我们所有真核生物是从古菌进化而来的。

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

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故事到这里我们已经快要接触到一个真相了。如果我们找到了一个共同祖先,它是古菌域和细菌域在分家以前的最后一种生物,至此之后,细菌和古菌渐行渐远,这是否就可以证明现在我们已知的所有生物具有一个共同祖先呢?

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

等等!ちょっと待って!

自然知识的每一个大进步都包括对权威的绝对否定。——〔英国〕赫胥黎

那我们怎么确定古菌不是细菌的分支?或者细菌是古菌的分支呢?真核生物已经被证明虽然粗枝大叶但依旧只是古菌域的一部分对吧?怎么证明?

科学家还真想办法证明了。。。

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

请原谅我纷乱错综的笔记 orz。这是一张比较古菌和细菌域相同和不同比较的表格。

左边相同的部分包括了:他们都有共通代码(基因或者密码子),核糖体(负责把基因翻译(translation)成蛋白质),转录(DNA 翻译成 RNA),转译(RNA 翻译成蛋白质,主要就是由核糖体),柠檬酸循环(也叫三羧酸循环,把糖啊脂肪啊转换成能量为细胞所用的神奇小秘密(划掉))和化学渗透以及 都有 ATP 合成酶

右边不同部分包括了细胞膜脂肪合成酶细胞壁糖酵解DNA 复制和呼吸作用链

等等...?也就是说:古菌和细菌的细胞膜不一样???

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

换个说法,他俩要是想从一个变成另一个,就得把自己的皮换一遍,要知道他们最初作为单细胞生物的存在,全靠这一张皮兜着那一点点家产的。这在生物学上已经是一个可以允许两个域存在的差距了。这说明他俩确实不是一个分支,是两个独立存在的域。也就是说,他们两个存在一个最后共同祖先,而它就是我们正在寻找而希望得到的答案:地球上的所有生物的共同祖先。

生命科学的精髓在于我们先假设有,然后再去寻找,这个生物我们把它叫做:最后普遍共同生物祖先(Last Universal Common Ancestor,LUCA)

在大家不断思索着这个生物会是什么形态时,2016 年,一位叫做Madeline 在 nature 发表了一篇名为 The physiology and habitat of the last universal common ancestor(最后共同祖先的生理学和栖息环境)[5]。这篇文章提到说如果有一个地方可以满足 LUCA 的形成和活动,这个地方可能是 Alkaline hydrothermal vents,翻译过来就是:碱性热液喷口

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

这个碱性热液喷口长这样,存在于在海底的高温碱性环境中。这样的环境给我们的信息翻译过来就是:

碱性 - 有可能具有离子差

高温 - 可能这个生物嗜热

形态呢?根据科学家的推断,这个生物有可能是一个长得和现代细菌很像的,嗜热的,没有细胞核结构而且由脂膜包裹的(不确定哪一种脂膜)生物,这个生物有可能通过细胞分裂(二次裂分化)而繁殖。

但这里有一点很重要:我们寻找的是目前地球已知所有生物共同的那个祖先,但并不代表说我们找到了一个世界上第一种生物(origin of life)。但我们的寻找以及得到的结果其实从某种意义上来说也是一个不错的消息了,是不是有可能出了地球以后,在另一颗适合人类生存的星球上也有碱性热液喷口?毕竟这对于一个星球来说是不难生成的地质结构,在那里,可能有一些微小的生命已经诞生了?

讲到这里,我们来到了这次旅行的结尾。生物本身就是浪漫的,当我们仰望星空时,每一颗闪烁的星星都有可能是一颗发亮的恒星,而每一颗星星所形成的“太阳系”中,会不会恰好有这么一颗和地球很像的星球?在那里,一切都还很安静,还没有看到一丝绿色,但在深深的海底的一个热喷泉周围,生命的种子已经种下了。而等待他们的,是另一场数亿年的进化之路,是无数生命繁衍的开始,也是一个新的星际文明最初的种子。

地球上所有的生物有一个共同的祖先吗?

4 月 30 日补一条更新

评论区有位朋友提到人类现在的形态是否是注定的,我突然很想在这一点上做一个很有趣的补充。这个问题让我想到了知乎的另一个问题:人的手指为什么是 5 根,有什么进化学意义吗?

其实如果从生理学角度来说,人完全有可以在 4 到 6 根手指下都可以获得极高的生存优势,甚至我们可以说,全世界所有动物都不一定必须要是 5 指呀。其实,我们的 5 指是通过一个 hox genes 来决定的,文献补充:[6]

这一个基因在那一条问题里已经被解释的非常清晰了。科学家的研究发现,基因只是碰巧选择了 5 指而已,换言之,如果在进化中我们得到的是另一个基因而诞生了 6 指生物,这也是很有可能的。

也就是说,我们变成了现在这样的人类从某种角度来说也充满了偶然性,也许重新开一个新副本我们可能就不长这样了呢?

对称性的研究我并不了解,但是外骨骼的具体结构我觉得某种角度来说也是具有偶然性的,内骨骼还是有了比较好,没有的话会不会软踏踏的?

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