没有磷酸盐的生命——谜团解开了?

2017-03-14 08:47:44  来源:怪罗网

        【每日科技网】

 

  波士顿的科学家们可能已经解决了一个悬而未解之迷:在没有磷酸盐的早期地球上,生命是如何演化的。科学家知道,磷酸盐对今天的大部分生物过程至关重要。这项研究引发一个有趣的问题——是否存在古老的硫基新陈代谢为出现今天的生命奠定了基础?
  磷酸盐对所有现代生命形式都是必不可少的。从提供DNA中的主链,到驱动细胞的能量源三磷酸腺苷(ATP),磷酸盐是关键的生物结构单元。这种化学物质参与新陈代谢、生命的化学反应,没有磷酸盐,生命是很难想象的。
  但是科学家认为,在生命起源以前是没有这种物质的。
  这是一个类似先有鸡还是先有蛋的难题。地球磷酸盐主要存在于一些稳定的矿物质中,诸如细菌之类的生命形式,必须要使用复合生物酶才能提取出它。但是没有磷酸盐,这些生物酶又是怎么演化而来的呢?
  为了回答这个问题,研究人员使用称为“系统生物学”的理论方法,来探索无磷酸盐代谢。这样的代谢系统可能早于我们已知最早的祖先,并提供从现成的化学品中出现生命的途径。在这项发表于《细胞》(Cell)杂志的研究中,由Daniel Segrè领导的团队,一开始先构建了一个大型数据库,包含来自地球整个生物圈的所有已知的生化反应。
  接下来,从中除去所有含有磷酸盐或任何含磷的化学物质和反应。然后,从被认为是早期生命能获得的八种化学物质组成的“种子”组开始,使用计算机模拟开始观察这些简单的分子如何反应,以形成新的代谢物。
  随着这些反应产生了新的化学物质,其规模变得越来越大,包括315个反应和260个代谢物的连接网络。其中包括现代细胞用于构建蛋白质的20个氨基酸中的10个,以及细胞用于代谢糖分的几个成分。
  结果发现,这种无磷酸盐反应的新网络富含铁-硫簇,对所谓的“铁硫世界假说”提供了有力支持——该理论认为这些容易获得的化合物可能是生命开端所必需的。
RNA
  该研究团队还发现,一种称为硫酯的硫基化合物,可能会起到磷酸盐在现代生物化学中发挥的一些作用。当被称为泛酰巯基乙胺的含硫化学物质包含于该体系中时,并与用于电子转移的无磷酸盐的机制一起,反应产生了尿嘧啶和核糖等成分——这是RNA中的一些关键成分。
  “在我们的研究之前,其他研究人员提出了基于硫的早期生物化学,暗示最早的生命无需磷酸盐,”Segrè指出,“到目前为止,缺少的是这些早期生物过程的数据证据(而不是分散的反应),这些证据可以构成一个高度联系和相对丰富的原始代谢网络。
原始地球
  这项研究并没有提供直接的实验证据,去回答生物的奥秘之一。这种无磷的生物化学蓝图,给我们描绘了一幅景象:生命起源之前地球的简单分子,与当前世界常见的无磷酸盐有机体之间,所缺失的联系。

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