Cell:地球生命起源新假說?

2020-11-23 生物谷

（圖片摘自www.sciencealert.com）


2017年3月7日 生物谷BIOON/ --進化仿佛是許多"雞與蛋"的問題的合集，不過，其中最有意思的一個問題是"在核酸出現之前，地球上是否有生命的存在？"


如今，研究者們發現了磷元素出現之前的最早的生化反應。眾所周知，磷元素是遺傳物質核酸的必要組成元素。也就是說，在核酸生命出現之前，地球上就已經出現了代謝反應。


來自波士頓大學以及MIT的科學家們發現了一系列不需要磷元素參與的生化代謝通路。這一發現無疑填補了我們對引發地球生命起源的複雜生化反應的認知。


我們如今對生命的理解是基於複雜的化學反應，這一化學反應不僅需要模板用於複製，而且需要足夠的能量將其從簡單的化學分子組成有序的複合體。


那麼首先我們需要面臨一個問題：究竟哪一個新進化出來？單個化學代碼的複雜度，還是將簡單的化合物通過吸收能量轉變為複雜高級有機物的反應呢？


在RNA假說中，RNA鏈應該是最早的生命的前體。這一多聚物不僅包含了豐富的信息，而且本身就是一個化學機器。


但這一假說的問題在於，RNA本身並不具有能量，它需要藉助外部的力量才能完成代謝反應。


不僅如此，RNA分子中含有磷元素，而這一分子通常情況下難以進入有機世界中。


其它的生命早期形式的假說認為早期的代謝機器已經能夠從環境中吸收能量，以熱或光的形式。並將其通過化學反應儲存在有機物種。


最終，這些最原始的代謝反應與RNA結合在一起，歷經漫長時間的演化，最終形成了我們所認為的最早的細胞。


然而，在現代物種中代謝極度以來不ATP以及NADP等小分子能量載體，而這些載體仍然含有磷元素，這就回到了最初的困擾。


而研究者們最近找到的新的代謝途徑，該途徑依賴於硫元素完成代謝反應，而硫元素則是數十億年來富集於地球海洋中的元素類型。


關於硫元素是早期生命代謝的中心元素這一想法已經不算新鮮，20世紀早期的德國生化學家就提出硫化鐵或硫化鎳能夠催化深海火山中的碳元素固定反應。他將其稱為最早的有機形式。


這一說法固然可信，但還是需要直接的證據加以證明。


對此，研究者們利用系統生物學的手段對進化歷史上的生物化學反應進行系統性地分析，並且在發現了深海中富含的八種不含磷元素的化合物。


之後，通過數學計算的方法進行了模擬代謝反應，並加入了硫化鐵等無機物，希望得到儘可能多的反應結果。


結果顯示，模擬分析得到了315種化學反應，涵蓋260種代謝物。其中包括許多對生命必須的物質，例如核酸以及脂肪酸等等。這一研究結果能夠進一步擴展我們對於早期生命起源的理解。


相關結果發表在《cell》雜誌上。（生物谷Bioon.com）


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