在沒有磷酸鹽的最早期地球上,生命是如何進化出來的?
波士頓的科學家們可能已經解決了一個懸而未解之迷:在沒有磷酸鹽的早期地球上,
磷酸鹽對所有現代生命形式都是必不可少的。從提供DNA中的主鏈,到驅動細胞的能量源三磷酸腺苷(ATP),磷酸鹽是關鍵的生物結構單元。這種化學物質參與新陳代謝、生命的化學反應,
但是科學家認為,在生命起源以前是沒有這種物質的。
這是一個類似先有雞還是先有蛋的難題。地球磷酸鹽主要存在於一些穩定的礦物質中,諸如細菌之類的生命形式,必須要使用複合生物酶才能提取出它。但是沒有磷酸鹽,這些生物酶又是怎麼演化而來的呢?
為了回答這個問題,研究人員使用稱為“系統生物學”的理論方法,來探索無磷酸鹽代謝。這樣的代謝系統可能早於我們已知最早的祖先,並提供從現成的化學品中出現生命的途徑。在這項發表於《細胞》(Cell)雜誌的研究中,由Daniel Segrè領導的團隊,一開始先構建了一個大型資料庫,包含來自地球整個生物圈的所有已知的生化反應。
接下來,從中除去所有含有磷酸鹽或任何含磷的化學物質和反應。然後,從被認為是早期生命能獲得的八種化學物質組成的“種子”組開始,使用電腦類比開始觀察這些簡單的分子如何反應,以形成新的代謝物。
隨著這些反應產生了新的化學物質,其規模變得越來越大,包括315個反應和260個代謝物的連接網路。其中包括現代細胞用於構建蛋白質的20個氨基酸中的10個,
結果發現,這種無磷酸鹽反應的新網路富含鐵-硫簇,對所謂的“鐵硫世界假說”提供了有力支持——該理論認為這些容易獲得的化合物可能是生命開端所必需的。
RNA
該研究團隊還發現,一種稱為硫酯的硫基化合物,
“在我們的研究之前,其他研究人員提出了基於硫的早期生物化學,暗示最早的生命無需磷酸鹽,”Segrè指出,“到目前為止,缺少的是這些早期生物過程的資料證據(而不是分散的反應),這些證據可以構成一個高度聯繫和相對豐富的原始代謝網路。
這項研究並沒有提供直接的實驗證據,去回答生物的最大奧秘之一。這種無磷的生物化學藍圖,給我們描繪了一幅景象:生命起源之前地球的簡單分子,與當前世界常見的無磷酸鹽有機體之間,所缺失的聯繫。
這些證據可以構成一個高度聯繫和相對豐富的原始代謝網路。這項研究並沒有提供直接的實驗證據,去回答生物的最大奧秘之一。這種無磷的生物化學藍圖,給我們描繪了一幅景象:生命起源之前地球的簡單分子,與當前世界常見的無磷酸鹽有機體之間,所缺失的聯繫。