發(fā)現(xiàn)生命的能量起源在哪里

來自倫敦大學(xué)，杜塞爾多夫大學(xué)的研究人員*次追蹤到了活細(xì)胞生物能量特征的起源：僅由巖石，水和二氧化碳組成的一種途徑。這一研究成果公布在Cell雜志上。

在生命起源的問題上，首先需要解決的是能源問題，因?yàn)樯矬w要進(jìn)行新陳代謝和復(fù)制，就需要大量的能量，而此時(shí)能催化特異性反應(yīng)的酶還沒有進(jìn)化出來，大多數(shù)能量如果不用，那么就只能丟棄。

那么，早期地球上的這所有的能量來自于哪里呢？又是如何能驅(qū)動(dòng)生命所需的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的呢？

答案就在海底熱液噴口（hydrothermal vent）的化學(xué)成分中。在這篇論文中，倫敦大學(xué)的Nick Lane和杜塞爾多夫大學(xué)的Bill Martin解答了這個(gè)關(guān)于能量來源的問題，以及為什么所有生命都采用了一種膜上節(jié)能性的離子梯度。

“生命實(shí)際上是一個(gè)能源利用反應(yīng)過程的副反應(yīng)。活體生物體需要大量的能量維持生存，”Nick Lane說。
發(fā)現(xiàn)生命的能量起源在哪里
人類每天需要消耗超過一公斤（700升）的氧氣，并呼出二氧化碳。zui簡(jiǎn)單的細(xì)胞，依賴于二氧化碳與氫的反應(yīng)，也能在其呼吸過程中產(chǎn)生40倍重量的廢物。這些所有的生物體中，來自呼吸產(chǎn)生的能量都以膜上離子梯度的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

這種奇特的特征與遺傳密碼一樣普遍，Lane和Martin發(fā)現(xiàn)通過氫和二氧化碳生長(zhǎng)的細(xì)菌，其碳代謝和能量代謝的方式與在一種特殊的海底熱液噴口中出現(xiàn)的非化學(xué)平衡情況很相似，這種特殊的噴口就是堿性海底熱液噴口（alkaline hydrothermal vents）。

研究人員根據(jù)檢測(cè)值發(fā)現(xiàn)天然質(zhì)子梯度（沿著薄的半導(dǎo)電鐵硫礦物壁起作用），能帶動(dòng)有機(jī)碳的同化，從而導(dǎo)致了這些噴口微孔中生命起源：原型細(xì)胞protocells的增多。

之后研究人員又證明了這些protocells受到透氣性的限制，zui終迫使它們由自然質(zhì)子梯度轉(zhuǎn)變成了生化鈉離子梯度，進(jìn)化成了一個(gè)簡(jiǎn)單的Na+/ H+轉(zhuǎn)運(yùn)。這一假設(shè)還推測(cè)一組早期節(jié)約能源所需的核心蛋白，并解答了關(guān)于呼吸蛋白既有質(zhì)子，又有鈉離子的題。

發(fā)現(xiàn)生命的能量起源在哪里
同時(shí)這項(xiàng)研究也解釋了細(xì)菌和古細(xì)菌（單細(xì)胞微生物）之間的巨大差別。Lane說，這是*次“發(fā)現(xiàn)了這種僅由巖石，水和二氧化碳組成的途徑，如何發(fā)展成目前現(xiàn)存所有細(xì)胞奇特生物能量特征的。”