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生命起源之谜有新解 阳光或孕育地球生命

2017-11-22 15:45:17        来源:太原市esball平台es999.net

  紫外线照射可能最早引发铁碳簇发生反应,而铁硫簇反应是所有活体生物新陈代谢的关键。

  地球上生命的出现本身就是个悖论:所有生物需要能量,但是对于利用能量,活生物体依赖酶。而酶在进化了数十亿年时间以实现呼吸作用、光合作用,以及DNA修复等。因此,地球上最早出现的是酶,还是微生物呢?

  近日,一项新研究表明,40多亿年前,漂浮在地球原始海洋上的许多重要的酶,其中心存在铁硫簇,它们仅是由原始生物分子、铁盐以及紫外线产生的。而人们之前并不知晓紫外线也在其中扮演了重要角色。

  “这项研究非常有趣,铁硫簇的形成很可能是生命起源的一个重要步骤。”美国卡内基研究所科学地球物理实验室地球物理学家Robert Hazen说。他致力于研究矿物质与活体生物之间的交互性。

  通常,更多涉及生命起源的研究聚焦于有机建筑模块——例如氨基酸和核酸,在蛋白质和RNA中的出现和组装,而对于铁硫簇形成的研究很少。铁硫簇是酶的活跃内核,驱动细胞化学的每个方面。该研究负责人、意大利特兰托大学生物化学家Sheref Mansy称,基因分析表明,在人们最后的共同祖先存在时期,铁硫簇就已存在。“我从未发现某个有机体不依赖于它。”

  但在氧气中时,现代代谢反应对于活体细胞内部的校准非常谨慎。如果没有生命,地球上的任何条件状况都将不存在。

  为了发现铁硫簇是否为地球初期生命孕育的核心成分,或者地球最早的生物体在没有铁硫簇的情况下生长是否很好,Mansy和同事在实验室重建了早期地球的状况。

  特兰托大学生物化学家Claudia Bonfio移除了氧气,并混合了铁和谷胱甘肽物质,后者是一种包含硫的肽物质,很可能存在于生命起源之前的化学汤中。当氧化铁在早期地球处于主导地位时,Bonfio打开了光线开关,实验室出现了奇妙的转变。

  “几分钟后,你会看到铁硫簇的形成。”她说。在紫外线照射下,溶液从紫罗兰色变成红色,这暗示铁和硫发生反应。“如果你等待更长时间,将会有更复杂的簇状物质形成,使溶液变成褐色。” Bonfio指出,紫外线能够同时从肽物质中游离出硫原子,并氧化铁,使铁很容易与硫发生交互反应。相关研究报告日前发表在《自然—化学》杂志上。

  之后,研究小组在不同条件下测试了30多种其他潜在化合物,发现这种反应能与更简单的含硫分子结合在一起作用,甚至一些硫分子位于脂肪酸囊泡中,脂肪酸囊泡是实验室标准的原始细胞。在多数情况下,这一过程与现代活体细胞中的铁硫簇合成具有“惊人相似之处”。

  Mansy指出,太阳光线可能对于早期铁硫合成物具有重要意义,因为地球缺少臭氧层的保护,避免遭受紫外光线照射,40 多亿年前的情况比现在更加严重。此外,早期地球湖泊含有大量矿物质,其状况类似于实验条件。英国医学研究委员会分子生物学实验室化学家Jack Szostak表示,特别是火山陨坑和碰撞地区内部,这里的水从岩石裂隙中渗出,能够将铁元素带到地球表面。所有生命基础化学物质都在充满水的碰撞陨坑中被煮沸过。

  不过,Mansy对这项最新研究的重要性持谨慎态度。他强调称,在实验室进行的模拟实验会与真实事件存在差异。“这一反应仅对于涉及化学网络的某些选择优势具有重要意义。”如果是这样的话,它将有助于解释非生物化学反应如何最终进化形成生命系统。

  但是Hazen警告称,很可能地球最早生命孕育的确切事件顺序永远无法查证。“就像许多化学实验被称为‘生命起源’一样,它们具有一定的启发性,而不是决定性。”他说。

  目前,人们还未弄清地球生命起源。但中国数字科技馆资料显示,考古学证据表明,地球上最初的生命是细菌,在格陵兰岛上人们发现了38亿年前的细菌化石。然后依照细菌、真菌、单细胞生物、珊蝴虫等的顺序,形成了最早的海洋生物。之后,海洋生物进入陆地,然后出现了鸟类。而最早的灵长目动物化石形成于6500万年前,人类最近的祖先南方古猿的化石在南非发现,大约有600万年历史。

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