科学家发现细胞外新陈代谢 或可解释生命起源
参考消息网4月27日报道 英国《新科学家》周刊网站4月25日报道称,构成地球上生命基础的新陈代谢过程在细胞外自发出现。新陈代谢是所有细胞内的级联反应,为细胞提供生存所需的原料。新陈代谢可以在如此简单的条件下发生,这一偶然发现为生命起源提供了新的认知。这一发现还表明,生命所需的复杂过程可能具有令人惊讶的卑微起源。
负责指导此项研究的剑桥大学科研人员马库斯·拉尔泽说:“人们说过,这些代谢途径看起来十分复杂,它们不可能仅仅凭借环境化学形成。”
但拉尔泽实验室的发现表明,许多代谢反应可能自发出现于地球早期的海洋中,由金属离子而非如今促成细胞中新陈代谢的酶来催化。
新陈代谢的起源是我们对生命起源理解中的一个重大空白。拉尔泽说:“如果看看全世界众多不同的有机物,你会发现这一反应网络看上去始终十分相似,这表明它肯定出现于非常早的进化时期,但没人确切知道何时以及如何出现。”
一种理论是,RNA(核糖核酸)是生命的最初组成部分,因为它有助于产生能催化复杂序列反应的酶。另一种可能性是,新陈代谢首先出现,甚至可能产生了形成RNA所需的分子,而细胞后来吸收了这些过程——但几乎没有证据支持这一说法。
很明显,这一发现是个意外,是在拉尔泽研究小组对实验室用于培养细胞的培养基进行例行质量控制测试时无意中发现的。拉尔泽的一名学生为了走捷径而把未使用的培养基放入质谱仪,质谱仪发现了丙酮酸盐的迹象。丙酮酸盐是一种被称为糖酵解的代谢途径的最终产物。
为测试同样的过程是否帮助产生了地球上的生命,他们与地球科学系致力于重建太古海洋化学组成的同事进行了联系。在近40亿年前,太古海洋覆盖地球。当时是没有氧气的世界,海洋中富含铁以及其他金属和磷酸盐。这些物质都可能促成了我们在现代细胞中所看到的化学反应。
拉尔泽的研究小组提取了早期海洋溶液,并加入了被认为是现代代谢途径起点的物质,然后把样本持续加热5个小时,至50-70摄氏度。拉尔泽再对溶液进行分析,看看存在什么分子。
他说:“一开始,我们认为可能会发现一两种反应,但结果令人惊讶。我们几乎可以完全重建两种代谢途径。”
他们发现的代谢途径是糖酵解和戊糖磷酸途径,拉尔泽说,“这是构成每个活细胞核心代谢支柱的反应”。这些途径共同产生了现代细胞中最重要的一些物质,包括三磷酸腺苷。
如果这些代谢途径出现在早期海洋中,那么最初的细胞可能在形成细胞膜时将它们包裹在内
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