對生命起源的研究充滿了悖論。地球上的生物都由蛋白質(zhì)以及指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的DNA構(gòu)成。但是，制造DNA和蛋白質(zhì)本身就需要DNA和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

一項新研究為這個雞與蛋的難題提供了一種解釋，答案在原始海洋海底的火山裂隙，裂縫中噴出熱水和大量其他化學(xué)物質(zhì)?？茖W(xué)家說，在裂隙周圍富含三類金屬化合物，可以引起氫氣和二氧化碳反應(yīng)，形成一系列對細(xì)胞生長至關(guān)重要的富含能量的有機(jī)化合物。研究小組認(rèn)為，裂隙周圍的高溫和高壓可能孕育了地球上的生命。

沒有參與這項新研究的慕尼黑路德維希大學(xué)生命化學(xué)家托馬斯·卡雷爾(Thomas Carell)說，這項新研究令人“激動”。實驗中產(chǎn)生的有機(jī)分子包括甲酸鹽，乙酸鹽和丙酮酸鹽，卡雷爾稱其為“能量代謝的最基本分子”，這些分子能將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞生長所需能量。新研究進(jìn)一步證明了關(guān)于生命起源長期存在的想法，即“物質(zhì)代謝為先的假設(shè)”。它認(rèn)為地球早期的地球化學(xué)過程創(chuàng)造了一系列簡單的富含能量的化合物，從而推動了復(fù)雜分子的合成，最終為生命的形成和進(jìn)化提供了物質(zhì)。

這種原始代謝的線索出現(xiàn)在2016年。杜塞爾多夫海因里希·海涅大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家威廉·馬丁(William Martin)團(tuán)隊掃描了數(shù)千種細(xì)菌和古細(xì)菌的基因組，發(fā)現(xiàn)了它們當(dāng)中共同擁有的355種蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)表明，原始微生物在灼熱的溫度下旺盛生長并以氫氣為食，利用其電子將溶解在海洋中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為能量豐富的有機(jī)化合物。海洋火山的熱液噴口滿足這些條件。

如今地球上的生物仍然通過稱為“乙酰輔酶A”(乙酰輔酶A)的酶促反應(yīng)將氫和二氧化碳結(jié)合形成有機(jī)分子。該過程將必需的有機(jī)分子送入生化過程，從而驅(qū)動蛋白質(zhì)，碳水化合物和脂質(zhì)的產(chǎn)生，而蛋白質(zhì)，碳水化合物和脂質(zhì)是細(xì)胞能量代謝的核心。然而，問題在于，現(xiàn)代生物利用11種酶(共15,000個氨基酸組成)參與到乙酰輔酶A途徑，所有這些酶都不可或缺。馬丁說，如果沒有合適的蛋白質(zhì)加工場所或催化劑，只是將氫氣和二氧化碳放在一起，那就什么也不會發(fā)生。

那么最早的乙酰輔酶A代謝途徑是怎么開始的呢？兩年前，斯特拉斯堡大學(xué)化學(xué)家約瑟夫·莫蘭(Joseph Moran)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員提出了部分解釋。他們報告說，純金屬，包括鐵，鎳和鈷，可以催化水(水分子中含有氫)和二氧化碳的反應(yīng)，形成乙酸鹽和丙酮酸，這是乙酰輔酶A代謝途徑的關(guān)鍵步驟。這一發(fā)現(xiàn)表明，最早的生命可以以這些有機(jī)化合物為食，并隨著時間的推移進(jìn)化出一套蛋白質(zhì)系統(tǒng)來使反應(yīng)更加有效，最終自然選擇了一套最高效的系統(tǒng)。

馬丁指出，莫蘭的解釋是將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，但根據(jù)馬丁教授的研究結(jié)果，古生物可能利用氫氣和二氧化碳制造有機(jī)物。馬丁說：“我們想看看氫氣和二氧化碳是否能在沒有酶的情況下起作用，即生命誕生之前，氫氣和二氧化碳能否相互作用生成有機(jī)物。 ”

他和同事們知道，由于水和地殼深處的金屬之間的反應(yīng)，熱液噴口會不斷噴出氫氣。研究人員先前確定，地球早期海洋中的二氧化碳含量是今天的1000倍。因此，馬丁想知道熱液噴口周圍常見的金屬礦物是否會使氫與二氧化碳反應(yīng)。

為了找出答案，馬丁和莫蘭的研究小組聯(lián)手調(diào)查了在噴口附近發(fā)現(xiàn)的三種富含鐵的礦物：鈣鐵礦，磁鐵礦和磷灰石。研究員將反應(yīng)物模擬成海洋火山裂隙周圍環(huán)境。該團(tuán)隊今天在《自然生態(tài)與進(jìn)化》雜志上報告說，這三種礦物質(zhì)都能催化氫和二氧化碳的反應(yīng)，形成混合有機(jī)物，包括甲酸，乙酸鹽和丙酮酸。馬丁說：“這是化學(xué)能量的持續(xù)來源，它產(chǎn)生了用于代謝的高能分子。”

就目前來看，這或許就是地球原始生命的第一頓飯了。

本文譯自 Science | AAAS，由譯者 Mork 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。