阳光如何在地球上开始生命

阳光如何在地球上开始生命

紫外线辐射可能引发了导致铁硫簇的第一反应,铁硫簇是所有生物中新陈代谢的关键组成部分。

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阳光如何在地球上开始生命

地球上的生命是一个矛盾的功能,所有生物都需要能量。 但是为了利用这种能量,生物依赖于已经进化了数十亿年的酶来实现从呼吸到光合作用到DNA修复的一切。 那么首先是酶还是有机体? 一项新的研究表明,大约40亿年前,许多生命关键酶的核心铁 - 硫簇可能漂浮在地球的原始海洋周围,只不过是原始生物分子,铁盐和以前未知的成分 - 紫外线(UV)。

“这很有趣,”在华盛顿特区卡内基科学研究所地球物理实验室研究矿物与生物世界之间相互作用的地球物理学家罗伯特·哈森说,“[硫化铁簇的发展]可能是生命起源中的重要一步。 “。

大多数关于生命起源的研究都集中在有机结构单元如氨基酸和核酸如何产生并组装成蛋白质和RNA。 研究较少的是铁硫簇,这是酶的活性核心,几乎驱动细胞化学的各个方面。 遗传分析表明它们至少从 。 “我从未见过一种不依赖于它们的有机体,”意大利特伦托大学的生物化学家Sheref Mansy说,他领导了这项新工作。

但现代代谢反应在活细胞内,在氧气存在下仔细校准。 没有生命,这两种情况都不存在于地球上。

为了确定铁硫簇是否从一开始就是生命的核心成分 - 或者第一批生物是否在没有它们的情况下相处得很好 - 曼尼和他的团队在他们的实验室中重建了早期地球的条件。 特伦托大学的生物化学家克劳迪娅·邦菲奥(Claudia Bonfio)去除了氧气,并将一种铁和谷胱甘肽混合在一起,谷胱甘肽是一种可能存在于益生元化学汤中的含硫肽。 当铁处于氧化状态时,主要在早期的地球,铁(II),没有发生任何事情。 但当Bonfio轻拍灯光时,发生了转变。

“几分钟后你就可以开始看到铁硫簇的形成,”她说。 在紫外光的存在下,溶液从紫色变为红色,表明铁和硫反应。 “如果你等待的时间更长,”她说,“形成更复杂的团簇,使溶液呈棕色。”光同时从肽中释放硫原子并氧化铁 - 将其转化为铁,形式为铁(III)该团队本周在“ 自然 - 化学”杂志上报道说,这很容易与硫磺相互作用

该团队随后在不同条件下测试了30多种其他潜在化合物,发现这些反应也适用于较简单的含硫分子。 他们中的一些人甚至在脂肪酸囊泡内工作,这是一种用于原始细胞的实验室替代品。 作者写道,在大多数情况下,这个过程与铁 - 硫簇在现代活细胞中合成的方式“惊人地相似”。

Mansy说,有意义的是,阳光会在早期的铁 - 硫合成中发挥作用。 那是因为地球缺少一层臭氧层来保护它免受紫外线照射 - 这比40亿年前的情况要严重得多。 更重要的是,遍布年轻地球的湖泊将拥有与实验相似的富含矿物质的炖菜。 哈佛大学的分子生物学家杰克·索斯塔克(Jack Szostak)也参与了这项工作,对于那些在火山口和冲击区域内的人来说尤其如此,那里的水流通过破碎的岩石可以将铁带到地表。 事实上,英国剑桥医学研究委员会分子生物学实验室的化学家John Sutherland撰写的一篇论文表明, 中的 。

但曼西本人对新作品的重要性持谨慎态度。 他强调说,在实验室中发现某些事情可能与说它确实发生了不同。 “如果我们能够证明所涉及的化学品网络具有某种选择性优势,那么这种反应才变得非常重要。”如果是这样的话,它可以开始解释非生物化学如何产生最终演变成生命系统的反应。 哈森警告说,发现让生命成为火花的事件的确切顺序可能会在时间的推移下永远消失。 “就像许多化学实验一样,作为'生命起源'的贡献,[这]比明确的更具暗示性。”