科學(xué)家們重現(xiàn)了可能激發(fā)生命的古老化學(xué)反應(yīng)

地球上的生命可能始于溫暖的水下“化學(xué)花園”，富含氫和鐵。來(lái)自德國(guó)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)在一個(gè)小瓶中模擬了這種環(huán)境，發(fā)現(xiàn)今天生活在深海中的古老生命形式可以在這些原始條件下茁壯成長(zhǎng)。

它難以想象生活是如何開始的在我們的星球上。在當(dāng)今的生態(tài)系統(tǒng)中，生命與自身緊密相連，很少有生物直接依靠地球的原材料生活。這種情況一直持續(xù)非常，非常長(zhǎng)的時(shí)間。

但是否則就沒有生命的星球將不得不湊合著用礦物環(huán)境不得不提供.有幾乎沒有氧氣和無(wú)光合作用.正如您在下面的視頻中看到的那樣，一些深海生物仍然以這種方式生活，在沒有陽(yáng)光照射的深處的熱液噴口上生存。

當(dāng)氫從地核噴出時(shí)，深海微生物從氫中借用電子，遵循一個(gè)配方比他們用來(lái)進(jìn)行治療的基因更古老，稱為乙酰輔酶 A 通路。這是碳固定– 將無(wú)機(jī)碳加工成有機(jī)化合物 – 無(wú)需酶即可重新產(chǎn)生。

但是，當(dāng)這個(gè)食譜第一次寫出來(lái)時(shí)，在地球的早期，海水中溶解的鐵比今天多得多。由德國(guó)慕尼黑路德維?！ゑR克西米利安大學(xué)（Ludwig Maximilian University of Munich）的地球化學(xué)家凡妮莎·赫爾姆布雷希特（Vanessa Helmbrecht）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中模擬這些古老的海洋條件來(lái)測(cè)試這種溶解的鐵會(huì)產(chǎn)生多大的不同。

“地質(zhì)記錄中富含熱液硫化鐵的礦床的古老發(fā)現(xiàn)可以追溯到太古宙早期（4 至 36 億年前），并表現(xiàn)出化石特征，被解釋為地球上最古老的生命特征，”該團(tuán)隊(duì)寫在他們描述實(shí)驗(yàn)的論文中。

“然而，非生物 H 之間的聯(lián)系₂[二氫] 模擬 [原始] 熱液系統(tǒng)和早期生命的硫化鐵化學(xué)園中的產(chǎn)量很少。

目古細(xì)菌,Methanocaldococcus jannaschii被選為這些模擬的測(cè)試對(duì)象。它是首次收集來(lái)自墨西哥西海岸的熱液噴口，在那里，它使用乙酰輔酶 A 途徑，依靠二氧化碳和氫氣作為其主要能源。

“非生物 H₂是一個(gè)潛在的重要電子供體和 CO₂作為第一批細(xì)胞的關(guān)鍵電子受體，“該團(tuán)隊(duì)解釋.“使用 H₂- CO 的依賴性還原乙酰輔酶 A 通路₂固定是保留了第一次新陳代謝痕跡的現(xiàn)代代表。

進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)M. jannaschii 詹納斯奇放入深海熱液噴口的微型版本中，整齊地裝在一個(gè)玻璃瓶中。通過(guò)將硫化液注入不含溶解氧的水中，它們形成了黑色沉淀物，并在 5-10 分鐘內(nèi)長(zhǎng)成煙囪結(jié)構(gòu)。

在高溫下，這個(gè)微觀世界中的鐵和硫形成了硫化鐵礦物麥基納維特（FeS） 和灰石（鐵₃S₄).當(dāng)硫化鐵水合時(shí)，H₂發(fā)布。

雖然與它的現(xiàn)代住宅截然不同，M. jannaschii 詹納斯奇在這個(gè)陌生的環(huán)境中茁壯成長(zhǎng)。

“一開始，我們預(yù)計(jì)只會(huì)有輕微的增長(zhǎng)，因?yàn)槲覀儧]有添加任何額外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，維生素，或?qū)⒔饘僮匪莸綄?shí)驗(yàn)中，“Helmbrecht說(shuō).“除了過(guò)度表達(dá)乙酰輔酶 A 代謝的一些基因外，古細(xì)菌實(shí)際上呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。”

這M. jannaschii 詹納斯奇細(xì)胞往往掛在麥基納維特顆粒旁邊，這個(gè)場(chǎng)景很像化石標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)的一些最早的生命痕跡?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這些化學(xué)花園為地球上第一批微生物提供了燃料。

這證明乙酰輔酶 A 代謝的配方來(lái)自地球生命可能已經(jīng)點(diǎn)燃了第一批火花的極端和能量受限的環(huán)境中。

“我們的研究指出，麥基納維特和灰石化學(xué)園是生命的潛在孵化場(chǎng)，理論上可以支持第一批代謝細(xì)胞的持續(xù)進(jìn)化的原始環(huán)境，”作者結(jié)束.

該研究發(fā)表在自然生態(tài)與進(jìn)化.

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