我们会在某个地方发现简单的生活吗？ 也许在我们太阳系的土卫二或木卫二上，或者更远的系外行星上？
随着我们越来越熟练地探索太阳系和研究系外行星，寻找简单生命的前景正在从科幻小说的创造性领域转向具体的任务规划。
随着充满希望的发现日越来越近，现在是时候问一下：这种潜在的生命会是什么样子？
加州大学河滨分校的一组研究人员研究了古代地球和它的一些最早的居民，以揭示其他星球上的简单生命可能是什么样子以及大气层可能是什么样子。
现在的地球与当时只有简单生命存在的时候有很大不同。 这大氧化事件（GOE）永远改变了地球，并使其走上成为今天这个拥有富氧大气层和复杂生命的星球的道路。 在GOE之前，地球的大气层有很大不同，而生命推动了这种变化。 这段简短的历史说明了一个重要事实：生命与其环境是交织在一起的。
地球的早期生命形式生活在能源相对匮乏的环境中，大气层中氧气匮乏。
阳光是唯一容易获得的能量，早在光合作用进化之前，生命形式就以不同的方式利用阳光。
他们使用了名为视紫质捕获太阳能，与更复杂的光合作用相比，这些蛋白质是利用太阳能量的更简单的方法。
“在早期地球上，能源可能非常稀缺。细菌和古细菌找到了如何利用太阳的充足能量，而不需要光合作用所需的复杂生物分子，”说加州大学河滨分校天体生物学家爱德华·施维特曼在新闻稿中。
施维特曼是一项新研究的合著者，发表于分子生物学和进化。 该研究是“祖先微生物视紫红质探测的最早光区生态位”，该研究的领导者是威斯康星大学麦迪逊分校的天体生物学家 Betul Kacar。
作为其有用性的证明，视紫红质并没有随着起源于它们的早期生命形式而消失。 它们在当今的生物体中广泛存在，包括我们。 它们存在于我们眼睛视网膜的视杆细胞中，负责弱光下的视力。 它们也存在于盐池等现代简单生活中。
它们在现代生活中的存在为视紫红质的进化历史提供了联系。 研究人员正在探索这种联系和蛋白质测序。 使用这些工具，研究人员可以追踪蛋白质在地质时间尺度上的演化。
现在环顾地球的生命和大气层并不能很好地说明如何在其他星球上寻找生命。 我们目前的大气层富含氧气，但早期地球的大气层可能更像是'， 根据一些研究。
通过追踪视紫红质如何进化，这篇新论文的作者建立了这些蛋白质的家谱。 他们能够重建 2.5 至 40 亿年前的视紫红质。
我们对生命的探索大部分集中在行星大气层上。 特定的大气分子可以作为生物标记，但要知道哪些分子可以表明简单的早期生命的存在，我们需要详细了解地球上存在简单生命时的早期大气是什么样子。
“解码生命与其所栖息的环境之间的复杂关系对于重建在地质时间尺度上决定行星宜居性的因素至关重要，”作者写在他们论文的开头，这为他们提出的结果奠定了基础。
“我们所知道的生命既是生命本身的表达，也是地球条件的表达。我们复活了一个分子的古代 DNA 序列，它使我们能够与过去的生物学和环境联系起来。”说研究负责人卡卡尔。
该团队的研究与我们今天可用的家谱测试相似。 我们可以提交我们的 DNA，并了解更多关于我们来自哪里的信息。 该团队的紧张工作比这要深入得多，但比较是有帮助的。
“这就像用许多孙子的 DNA 来复制他们祖父母的 DNA 一样。只不过，这不是祖父母，而是生活在世界各地数十亿年前的微小生物，”施维特曼说。
研究人员发现古代和现代视紫红质在吸收光方面存在差异。 根据基因重建，古代视紫红质主要吸收蓝色和绿色光，而现代视紫红质吸收蓝色、绿色、黄色和橙色光。 这是古代地球和现代地球环境差异的线索。
我们知道远古地球没有GOE之前的层，发生在大约2到24亿年前。
这如果没有大气中的游离氧，地球上的生命就无法存在，如果没有臭氧层，地球上的生命就会受到比现在更多的紫外线辐射。
目前，地球臭氧层吸收了 97% 至 99% 的太阳紫外线。
研究人员认为，古代视紫红质能够吸收蓝色和绿色光，而不是黄色和橙色光，这意味着依赖它的生命生活在几米深的水柱中。 生物体上方的水柱保护它们免受水面强烈的 UVB 辐射。
GOE之后，臭氧层提供了免受太阳紫外线辐射的保护，生命进化出了更现代的视紫红质，可以吸收更多的光。 因此，现代视紫红质可以吸收黄色和橙色光以及蓝色和绿色光。
现代视紫红质可以吸收光合作用叶绿素色素不能吸收的光。 现代视紫红质和光合作用通过吸收不同的光而相互补充，尽管它们是不相关且独立的机制，但它们给人一种进化优雅的感觉。 这种互补关系代表了进化中的一个谜题。
“这表明共同进化，即一组生物体正在利用另一组生物体不吸收的光，”施维特曼说。 “这可能是因为视紫红质首先发育并屏蔽了绿光，因此叶绿素随后发育以吸收其余部分。或者也可能发生相反的情况。”
关于地球早期生命本质的许多线索都包含在地质学中。 科学家们经常研究古代岩石，以了解早期生命是如何生存和进化的。
他们还研究太阳的行为以及随着地球随时间的变化而到达地球表面的能量有多少。 但现在他们有了另一个工具。
作者们说：“生命本身编码的信息可能会为我们的星球如何维持行星的宜居性提供新的见解，而地质和恒星推论却无法做到这一点。”解释在他们的论文中。
在古代生活中，视紫红质充当一种质子泵。 质子泵在生命体中产生能量梯度。 这与光合作用不同，光合作用产生有机体生存所需的化学能。 质子泵和能量梯度在细胞膜上产生电化学势差。 它就像电池，因为梯度提供能量供以后使用。
但作为对科学充满好奇的人，我们不需要确切地知道它们是如何工作的。 我们可以理解它们如何帮助我们识别与原始地球相似的系外行星大气层以及那里繁衍生息的简单生命。
研究小组表示，他们可以利用生物分子中编码的信息来了解古代生命生存的生态位，而这些生态位在我们的古生物学记录中是不存在的。 他们将它们称为古传感器。
研究人员说那是因为“？这个分类学上多样化的蛋白质家族的功能多样化和光谱调谐？” 结合起来，视紫红质是一个极好的实验室测试平台，用于识别系外行星上可远程检测的生物特征。
他们还没有完成。
他们打算利用合成生物学技术来了解古代视紫红质，它们如何帮助塑造地球的古代大气，以及它们如何塑造系外行星的大气。
“我们对现代基因组中的古代 DNA 进行了改造，并对这些细菌进行了重新编程，使其表现出我们认为它们在数百万年前的行为方式。视紫红质是实验室时间旅行研究的绝佳候选者，”Kacar说。
地球早期生命和大气层的一些证据对我们来说是隐藏的。 但该团队的方法正在克服我们寻找证据的一些障碍。 谁知道它会带我们去哪里。
“我们的研究首次证明，酶的行为历史能够以传统的分子生物特征所不能的方式进行进化重建，”卡卡尔说。
我们对早期地球了解得越多，对其他世界的了解就越多。 如果多个行星都支持生命，那么每个行星在孕育生命的道路上可能会采取不同的路径。 但其背后的化学和物理原理会有相似之处。 正如地球上的情况一样，生命与环境之间的相互作用必定会塑造其他世界的历史。
作者说：“地球历史早期环境和生命的共同进化可以作为预测普遍的、可检测的生物特征的模型，这些生物特征可能会在我们太阳系以外的微生物主导的行星上产生。”写在他们的论文中。
“与我们今天的世界相比，早期地球是一个陌生的环境。了解这里的生物体如何随着时间和不同环境而变化，将教会我们如何寻找和识别其他地方的生命的重要知识，”施维特曼说。
