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生命起源時(shí)的第一個(gè)化學(xué)反應是如何開(kāi)始的？它們的能量來(lái)源是什么？德國杜塞爾多夫大學(xué)（HHU）的研究人員重建了現代生物分化前的最后共同祖先“露卡”（縮寫(xiě)為L(cháng)UCA）的新陳代謝。他們發(fā)現并確定了長(cháng)期尋求的、推動(dòng)這些反應向前發(fā)展所需的能量來(lái)源，它就是一直隱藏在眾目睽睽之下的氫氣。

LUCA的代謝。研究小組調查了生命分子構建塊的生物合成所需的402種生化反應。每個(gè)圓圈代表一個(gè)反應，它的顏色代表每個(gè)反應釋放的能量。綠色表示釋放能量，紫色表示需要能量。圖源：HHU / 杰西卡·維默

在實(shí)驗室中，HHU分子進(jìn)化研究所的威廉·馬丁教授團隊使用海底熱液噴口中發(fā)現的催化劑和條件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗，以研究氫氣與二氧化碳之間的反應。他們在計算機上開(kāi)發(fā)了一種分子考古學(xué)形式，使他們能夠發(fā)現保存在現代細胞的蛋白質(zhì)、DNA和化學(xué)反應中的許多不同的原始生命痕跡。

研究人員此次不是著(zhù)眼于基因，而是著(zhù)眼于生命本身化學(xué)反應中所包含的信息。他們確定了402種代謝反應，這些反應自大約40億年前生命起源以來(lái)幾乎沒(méi)有變化。因為這些反應對所有細胞都是共同的，所以它們也存在于LUCA中。

在最原始的現代細胞中，一些化合物由現代環(huán)境中存在的簡(jiǎn)單分子合成，這些分子也存在于早期地球的熱液噴口中：氫、二氧化碳和氨——這代表著(zhù)LUCA的代謝網(wǎng)絡(luò )。

發(fā)表在《微生物學(xué)前沿》上的研究結果表明，LUCA的新陳代謝不需要外部能源，例如紫外線(xiàn)、隕石撞擊、火山爆發(fā)等。相反，在許多現代海底熱液噴口的典型環(huán)境中，新陳代謝反應向前發(fā)展所需的能量源于新陳代謝本身。換句話(huà)說(shuō)，幾乎所有LUCA的新陳代謝反應都是自己釋放能量的：生命的能量源于生命本身。

研究人員解釋稱(chēng)，在“失落之城”——大西洋中部產(chǎn)生氫氣的熱液場(chǎng)環(huán)境中，大約95%—97%的LUCA代謝反應可以自發(fā)地進(jìn)行，不需要任何其他能源。在熱液系統的黑暗深淵中，氫氣是“化學(xué)陽(yáng)光”?，F代能源技術(shù)正在研究利用與生命完全相同的氫特性。只是生命擁有40億年的“氫技術(shù)經(jīng)驗”，而人類(lèi)才剛剛起步。

總編輯圈點(diǎn)

LUCA，現存生物的共同的基本祖先，一個(gè)沒(méi)有留下過(guò)化石痕跡的實(shí)體。熱液生態(tài)系統，則位于黑暗冰冷的洋底。那里并不寂寞，甚至生機勃勃，活躍著(zhù)管狀蠕蟲(chóng)、?？壬?。研究人員使用海底熱液噴口中發(fā)現的催化劑和條件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗，確定了一些自生命起源以來(lái)就幾乎沒(méi)有變化過(guò)的代謝反應，并推斷LUCA的新陳代謝不需要外部能源，和熱液噴口生態(tài)系統一樣，它們用氫能。這一發(fā)現不僅在解答生命起源之謎，也為人類(lèi)提供了氫能源利用的一種高級又原始的思路——仿生。

來(lái)源：科技日報

◎ 科技日報記者 張夢(mèng)然

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