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太阳光线有助孕育地球早期生命:具有一定启发性

时间:2017-07-18 08:29:36 来源:新浪科技

紫外线照射可能最早引发铁碳簇发生反应,铁硫簇反应是所有活体生物新陈代谢的关键环节。

紫外线照射可能最早引发铁碳簇发生反应,铁硫簇反应是所有活体生物新陈代谢的关键环节。

  北京时间7月18日消息,据国外媒体报道,地球上的所有生物需要能量,但是对于利用能量,活生物体依赖酶,进化数十亿年时间实现呼吸作用、光合作用,以及DNA修复。所以,地球上最早出现的是酶,还是微生物呢?目前,最新一项研究表明,40多亿年前,漂浮在地球原始海洋上许多重要酶物质,其中心存在铁硫簇,它们仅是原始生物分子、铁盐、以及以前一种未知成分——紫外线产生的,太阳光线对于地球最早期生命的孕育起到关键作用。

  美国卡内基研究所科学地球物理实验室的地球物理学家罗伯特·哈森(Robert Hazen)专攻研究矿物质与活体生物之间的交互性,他指出,这项研究十分有趣,铁硫簇的形成很可能是生命起源的一个重要步骤。

  更多涉及生命起源的研究聚焦于有机建筑模块,比如:氨基酸和核酸,在蛋白质和核糖核酸中出现和组装。当前对于铁硫簇形成的研究很少,它是酶的活跃内核,驱动细胞化学的每个方面。研究报告负责人、意大利特兰托大学生物化学家谢雷弗·曼森(Sheref Mansy)称,基因分析表明,在我们最后的共同祖先存在时期,铁硫簇就已存在,我从未发现某个有机体不依赖于它。

  但是当氧气存在时,现代代谢反应对于活体细胞内部的校准十分谨慎,如果没有生命,地球上的任何条件状况都将不存在。为了发现是否铁硫簇是地球初期生命孕育的核心成分,或者是否地球最早的生物体在没有铁硫簇的情况下生长得很好,谢雷弗和同事在实验室重建了早期地球的状况。

  特兰托大学生物化学家克劳迪娅·博弗奥(Claudia Bonfio)移除了氧气,并混合了铁和谷胱甘肽物质,后者是一种包含硫的肽物质,很可能存在于生命起源之前的化学汤中。当氧化状态的铁在早期地球处于主导地位时,克劳迪娅打开了光线开关,实验室出现了奇妙的转变。

  克劳迪娅说:“几分钟之后你会看到铁硫簇的形成,在紫外线照射下,溶液从紫罗兰色变成红色,暗示铁和硫发生反应。如果你等待更长的时间,将会有更复杂的簇状物质形成,使溶液变得褐色。”紫外线能够同时从肽物质中游离出硫原子,并氧化铁,使铁很容易与硫发生交互反应。这项最新研究报告发表在本周出版的《自然化学》杂志上。

  之后研究小组在不同条件下测试了30多种其它潜在化合物,发现这种反应与更简单的含硫分子结合在一起,甚至一些硫分子位于脂肪酸囊泡中,脂肪酸囊泡是实验室标准的原始细胞。在多数情况下,这一过程与现代活体细胞中的铁硫簇合成具有“惊人相似之处”。

  曼森指出,太阳光线可能对于早期铁硫合成物具有重要意义,因为地球缺少臭氧层的保护,避免遭受紫外光线照射,40多亿年前的情况比现在更加严重。此外,早期地球的湖泊含有大量矿物质,其状况类似于实验条件,特别是火山陨坑和碰撞地区内部,这里的水从岩石裂隙中渗出,能够将铁元素带到地球表面。英国医学研究委员会分子生物学实验室化学家约翰·萨瑟兰德(John Sutherland)认为,所有生命基础化学物质都在充满水的碰撞陨坑中被煮沸过。

  但是曼森自己对这项最新研究的重要性持谨慎态度,他强调称,实验室进行的模拟实验会与真实事件存在差异。这一反应仅对于涉及化学网络的某些选择优势具有重要意义,如果是这样的话,它将有助于解释非生物化学反应如何最终进化形成生命系统。但是哈森警告称,很可能地球最早生命孕育的确切事件顺序永远无法查证,就像许多化学实验被称为“生命起源”一样,它们具有一定的启发性,而不是决定性。(叶倾城)

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