《自然-化学》:生命起源之谜有新解 铁硫簇

邓文龙

《自然-化学》:生命起源之谜有新解

来源：科学网 2017-07-21 09:24

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。(生物谷Bioon.com）

http://news.bioon.com/article/6707025.html



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