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12月13日電，生命起源時(shí)的第一次化學(xué)反應(yīng)是如何開始的？它們的能量來源是什么？德國杜塞爾多夫大學(xué)(HHU)的研究人員重建了現(xiàn)代生物分化前最后一個(gè)共同祖先露卡(縮寫為LUCA)的新陳代謝。他們發(fā)現(xiàn)并確定了推動(dòng)這些反應(yīng)向前發(fā)展所需的能量來源，這是隱藏在眾目睽睽之下的氫氣。
在實(shí)驗(yàn)室里，HHU分子進(jìn)化研究所的威廉·馬丁教授團(tuán)隊(duì)利用海底熱液噴口中發(fā)現(xiàn)的催化劑和條件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究氫氣和二氧化碳之間的反應(yīng)。他們在計(jì)算機(jī)上開發(fā)了一種分子考古學(xué)形式，使他們能夠在現(xiàn)代細(xì)胞、DNA和化學(xué)反應(yīng)中找到許多不同的原始生命痕跡。
這一次，研究人員不關(guān)注基因，而是關(guān)注生命本身化學(xué)反應(yīng)中包含的信息。他們確定了402種代謝反應(yīng)，自40億年前生命起源以來幾乎沒有變化。因?yàn)檫@些反應(yīng)對所有細(xì)胞都是共同的，所以它們也存在于LUCA中。
在最原始的現(xiàn)代細(xì)胞中，一些化合物是由現(xiàn)代環(huán)境中的簡單分子合成的，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，代表著LUCA的代謝網(wǎng)絡(luò)。
發(fā)表在《微生物學(xué)前沿》上的研究結(jié)果表明，LUCA的新陳代謝不需要外部能量，如紫外線、隕石撞擊、火山爆發(fā)等。相反，在許多典型的現(xiàn)代海底熱液噴口環(huán)境中，新陳代謝發(fā)展所需的能量來自新陳代謝本身。換句話說，幾乎所有LUCA的新陳代謝都是自己釋放能量的:生命的能量來自生命本身。
研究人員解釋說，大約95%-97%的LUCA代謝反應(yīng)可以在失落之城-大西洋中部產(chǎn)生氫氣的熱液場環(huán)境中自發(fā)進(jìn)行，不需要任何其他能源。在熱液系統(tǒng)的黑暗深淵中，氫是化學(xué)陽光。現(xiàn)代能源技術(shù)正在研究和利用與生命完全相同的氫特性。只有生命有40億年的氫技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，人類才剛剛起步。
LUCA是現(xiàn)有生物的共同基本祖先，是一個(gè)沒有化石痕跡的實(shí)體。熱液生態(tài)系統(tǒng)位于黑暗寒冷的洋底。它不孤獨(dú)，甚至充滿活力，活躍著管狀蠕蟲、海葵等生物。研究人員利用海底熱液噴口中發(fā)現(xiàn)的催化劑和條件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，確定了一些自生命起源以來幾乎沒有變化的代謝反應(yīng)，并推斷LUCA的新陳代謝不需要外部能量。就像熱液噴口生態(tài)系統(tǒng)一樣，它們使用氫能。這一發(fā)現(xiàn)不僅回答了生命起源的謎團(tuán)，也為人類提供了一種先進(jìn)而原始的氫能利用理念——仿生。
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