◎ 科技日報記者 張夢然

生命起源時的第一個化學反應是如何開始的？它們的能量來源是什麼？德國杜塞爾多夫大學（HHU）的研究人員重建了現代生物分化前的最後共同祖先“露卡”（縮寫為LUCA）的新陳代謝。他們發現并确定了長期尋求的、推動這些反應向前發展所需的能量來源，它就是一直隐藏在衆目睽睽之下的氫氣。

LUCA的代謝。研究小組調查了生命分子構建塊的生物合成所需的402種生化反應。每個圓圈代表一個反應，它的顔色代表每個反應釋放的能量。綠色表示釋放能量，紫色表示需要能量。圖源：HHU / 傑西卡·維默

在實驗室中，HHU分子進化研究所的威廉·馬丁教授團隊使用海底熱液噴口中發現的催化劑和條件進行化學實驗，以研究氫氣與二氧化碳之間的反應。他們在計算機上開發了一種分子考古學形式，使他們能夠發現保存在現代細胞的蛋白質、DNA和化學反應中的許多不同的原始生命痕迹。

研究人員此次不是着眼于基因，而是着眼于生命本身化學反應中所包含的信息。他們确定了402種代謝反應，這些反應自大約40億年前生命起源以來幾乎沒有變化。因為這些反應對所有細胞都是共同的，所以它們也存在于LUCA中。

在最原始的現代細胞中，一些化合物由現代環境中存在的簡單分子合成，這些分子也存在于早期地球的熱液噴口中：氫、二氧化碳和氨——這代表着LUCA的代謝網絡。

發表在《微生物學前沿》上的研究結果表明，LUCA的新陳代謝不需要外部能源，例如紫外線、隕石撞擊、火山爆發等。相反，在許多現代海底熱液噴口的典型環境中，新陳代謝反應向前發展所需的能量源于新陳代謝本身。換句話說，幾乎所有LUCA的新陳代謝反應都是自己釋放能量的：生命的能量源于生命本身。

研究人員解釋稱，在“失落之城”——大西洋中部産生氫氣的熱液場環境中，大約95%—97%的LUCA代謝反應可以自發地進行，不需要任何其他能源。在熱液系統的黑暗深淵中，氫氣是“化學陽光”。現代能源技術正在研究利用與生命完全相同的氫特性。隻是生命擁有40億年的“氫技術經驗”，而人類才剛剛起步。

總編輯圈點

LUCA，現存生物的共同的基本祖先，一個沒有留下過化石痕迹的實體。熱液生态系統，則位于黑暗冰冷的洋底。那裡并不寂寞，甚至生機勃勃，活躍着管狀蠕蟲、海葵等生物。研究人員使用海底熱液噴口中發現的催化劑和條件進行化學實驗，确定了一些自生命起源以來就幾乎沒有變化過的代謝反應，并推斷LUCA的新陳代謝不需要外部能源，和熱液噴口生态系統一樣，它們用氫能。這一發現不僅在解答生命起源之謎，也為人類提供了氫能源利用的一種高級又原始的思路——仿生。

來源： 科技日報

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