研究发现生命起源于氢能

2021 年 12 月 13 日——生命起源时的第一个化学反应是如何开始的?它们的能量来源是什么?杜塞尔多夫海因里希海涅大学 (HHU) 的研究人员重建了最后一个普遍共同祖先 LUCA 的新陈代谢。他们发现，原始生命用来拼凑细胞分子构建块的几乎所有化学步骤都是能量释放反应。这确定了推动这些反应向前发展所需的长期寻求的能量来源，它一直隐藏在显眼的地方。只要包含一种必需的起始化合物，合成生命组成部分所需的能量就来自新陈代谢本身。生命起源时从内部释放能量的秘密成分是所有能量载体中最清洁、最环保、最新和最古老的：2.

HHU 分子进化研究所的 William Martin 教授团队研究了早期地球上生命是如何以及在何处出现的。他们的方法是实验性和计算性的。在实验室中，他们使用海底热液喷口中发现的催化剂和条件进行化学实验，以研究氢气与二氧化碳 (CO2 )之间的反应。在计算机上，他们开发了一种分子考古学形式，使他们能够发现保存在现代细胞的蛋白质、DNA 和化学反应中的许多不同的原始生命痕迹。

在他们的最新工作中，他们研究了什么样的化学环境促进了产生新陈代谢的化学反应，后来又促进了 LUCA 本身，以及驱动这些反应所需的能量来自哪里。为此，他们不是着眼于基因，而是着眼于生命本身的化学反应中所包含的信息。他们确定了 402 种代谢反应，这些反应自大约 40 亿年前生命起源以来几乎没有变化。因为这些反应对所有细胞都是共同的，所以它们也存在于 LUCA 中。他们阐明了原始生命如何处理新陈代谢中的能量，以及它从何处获得使生命的化学反应继续进行所需的能量。

该研究所的博士生、新论文的第一作者杰西卡·威默 (Jessica Wimmer) 对 LUCA 代谢反应的能量平衡特别感兴趣，因为所有生命都需要能量。为此，她制作了现代细胞中简单而古老的 402 种反应的目录——细菌和古细菌——用来构建生命的基石：20 种氨基酸、DNA 和 RNA 的碱基，以及 18 种维生素(辅助因子) ) 对新陈代谢至关重要。在最原始的现代细胞中，在 Wimmer 的计算机分析中，这些化合物是由现代环境中存在的简单分子合成的，这些分子也存在于早期地球的热液喷口中：氢 (H2)、二氧化碳 ( CO2) 和氨 (NH3)。结果是 LUCA 的代谢网络。

当被问及这项新研究的核心问题背后的动机时，杰西卡·威默 (Jessica Wimmer) 说：“我们想知道推动原始新陈代谢向前发展的能量来自哪里。在大约 40 亿年前代谢反应开始时，没有蛋白质或酶来催化反应，因为它们还没有进化。代谢必须从环境中可能发生的反应中产生，也许在无机催化剂的帮助下。但是催化剂与否，为了继续进行，反应必须释放“能量。能量从哪里来?文献中已经有很多关于代谢能量可能来源的建议。但没有人研究过代谢本身的反应。”为了寻找代谢反应中的能量来源，该团队计算了自由能的数量，

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