1. 首頁 > 生活百科 > >

揭開生命的起源：過去五年的五個關鍵突破

生命


揭開生命的起源：過去五年的五個關鍵突破


揭開生命的起源：過去五年的五個關鍵突破 。來源：Unsplash/CC0公共域
據對話（Seán Jordan和Louise Gillet de Chalonge）：關于地球上生命的起源 ， 我們仍然有很多不了解的地方 。
生命本身的定義是科學家們爭論的焦點，但大多數研究人員對活細胞的基本成分達成了一致 。水、能量和一些基本元素是細胞出現的先決條件 。然而，這種情況如何發生的確切細節仍然是個謎 。
最近的研究集中在試圖在實驗室中重現我們所知的構成生命的化學反應，在早期地球（大約40億年前）的條件下 。由于技術進步和對早期地球狀況的更好理解 ， 實驗變得越來越復雜 。
然而，實驗工作的興起非但沒有讓科學家們團結起來并解決爭論，反而導致了許多相互矛盾的理論 。一些科學家認為 ， 生命出現在深海熱液噴口，那里的條件提供了必要的能量 。另一些科學家則認為，陸地上的溫泉會提供更好的環境，因為它們更有可能容納隕石中的有機分子 。這只是正在調查的兩種可能性 。
以下是過去五年中最引人注目的五項發現 。
早期細胞的反應
是什么能源推動了生命起源的化學反應？這就是德國一個研究小組試圖解開的謎團 。該團隊深入研究了402種已知反應的可行性，這些反應可以產生生命的一些基本成分，如核苷酸（DNA和RNA的構建塊） 。他們使用了早期地球上可能發現的一些最常見的元素 。
這些反應存在于現代細胞中 ， 也被認為是LUCA的核心代謝，LUCA是最后一個普遍的共同祖先，是一種單細胞、類細菌的生物體 。
對于每一個反應 ， 他們都計算了自由能的變化，這決定了一個反應是否可以在沒有其他外部能量來源的情況下進行 。令人著迷的是，這些反應中的許多都獨立于外部影響，比如三磷酸腺苷 ， 這是活細胞中普遍的能量來源 。
生命的基本組成部分的合成不需要外部能量的提升：它是自我維持的 。
火山玻璃
生命依賴于分子來儲存和傳遞信息 。科學家們認為，核糖核酸鏈是DNA發揮這一作用的前體，因為它們的結構更簡單 。
RNA在我們星球上的出現長期以來一直讓研究人員感到困惑 。然而，最近取得了一些進展 。2022年，美國的一個合作團隊在實驗室中產生了穩定的RNA鏈 。他們通過將核苷酸穿過火山玻璃來實現這一目標 。他們制作的線束足夠長 ， 可以存儲和傳輸信息 。
由于頻繁的隕石撞擊和高火山活動，早期地球上存在火山玻璃 。研究中使用的核苷酸也被認為在地球歷史上的那個時候就存在 。火山巖可能促進了將核苷酸組裝成RNA鏈的化學反應 。
熱液噴口
碳固定是二氧化碳獲得電子的過程 。構建構成生命基礎的分子是必要的 。
電子供體是驅動這種反應所必需的 。在早期的地球上 ， H2可能是電子供體 。2020年，一組合作者表明，這種反應可以自發發生，并由類似早期海洋深海堿性熱液噴口的環境條件推動 。他們使用微流體技術來完成這項工作，微流體技術是一種通過模擬堿性通風口來操縱微小體積液體進行實驗的設備 。
這一途徑與許多現代細菌和古菌細胞（沒有核酸的單細胞生物）的運作方式驚人地相似 。
克雷布斯循環
在現代細胞中，碳固定之后是一系列化學反應 ， 這些化學反應在酶驅動的復雜代謝網絡中組裝或分解分子 。
但科學家們仍在爭論代謝反應在這些酶出現和進化之前是如何展開的 。2019年，法國斯特拉斯堡大學的一個團隊取得了突破 。他們表明，鐵，一種在早期地殼和海洋中含量豐富的鐵，可以推動克雷布斯循環的11個步驟中的9個 ?？死撞妓寡h是存在于許多活細胞中的一種生物途徑 。
在這里，亞鐵充當了碳固定的電子供體，這推動了一連串的反應 。這些反應產生了所有五種普遍的代謝前體——五種分子是所有生物體各種代謝途徑的基礎 。
古代細胞膜的構建塊
理解生命的組成部分及其復雜的反應是理解生命出現的一大步 。
然而，無論它們是在陸地上的溫泉中還是在深海中展開，如果沒有細胞膜 ， 這些反應都不會走得很遠 。細胞膜在原始細胞的生物化學及其與環境的聯系中發揮著積極作用 。
現代細胞膜主要由一種名為磷脂的化合物組成，磷脂含有一個親水性的頭部和兩個疏水性的尾部 。它們的結構是雙層的 ， 親水性的頭向外指向，疏水性的尾向內指向 。
研究表明，磷脂的一些成分，如構成尾部的脂肪酸，可以在一系列環境條件下自行組裝成這些雙層膜 。但是這些脂肪酸存在于早期的地球上嗎？英國紐卡斯爾大學最近的一項研究給出了一個有趣的答案 。研究人員通過結合H重新創造了這些分子的自發形成₂-富含流體，可能存在于古代堿性熱液噴口，富含二氧化碳的水類似于早期海洋 。
這一突破與穩定的脂肪酸膜可能起源于堿性熱液噴口的假說一致 ， 有可能發展成活細胞 。作者推測，類似的化學反應可能會在冰衛星的地下海洋中展開，這些衛星被認為有類似于陸地的熱液噴口 。
這些發現中的每一個都為生命起源的謎題增添了新的一塊 。無論哪種理論被證明是正確的，對比鮮明的理論都在推動尋找答案 。
正如查爾斯·達爾文所寫：“虛假的事實對科學的進步是非常有害的，因為它們往往會長期存在：但虛假的觀點，如果有一些證據支持，幾乎不會造成傷害 ， 因為每個人都樂于證明自己的虛假性；當這一點得到證實時，通往錯誤的一條道路就會關閉 ， 通往真理的道路往往同時也會打開 ?！?br/>