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地球原始生命的第一顿饭吃的啥？
对生命起源的研究充满了悖论。地球上的生物都由蛋白质以及指导蛋白质合成的DNA构成。但是，制造DNA和蛋白质本身就需要DNA和蛋白质结构。
一项新研究为这个鸡与蛋的难题提供了一种解释，答案在原始海洋海底的火山裂隙，裂缝中喷出热水和大量其他化学物质。科学家说，在裂隙周围富含三类金属化合物，可以引起氢气和二氧化碳反应，形成一系列对细胞生长至关重要的富含能量的有机化合物。研究小组认为，裂隙周围的高温和高压可能孕育了地球上的生命。
没有参与这项新研究的慕尼黑路德维希大学生命化学家托马斯·卡雷尔(Thomas Carell)说，这项新研究令人“激动”。实验中产生的有机分子包括甲酸盐，乙酸盐和丙酮酸盐，卡雷尔称其为“能量代谢的最基本分子”，这些分子能将营养物质转化为细胞生长所需能量。新研究进一步证明了关于生命起源长期存在的想法，即“物质代谢为先的假设”。它认为地球早期的地球化学过程创造了一系列简单的富含能量的化合物，从而推动了复杂分子的合成，最终为生命的形成和进化提供了物质。
这种原始代谢的线索出现在2016年。杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的进化生物学家威廉·马丁(William Martin)团队扫描了数千种细菌和古细菌的基因组，发现了它们当中共同拥有的355种蛋白质。这些蛋白质表明，原始微生物在灼热的温度下旺盛生长并以氢气为食，利用其电子将溶解在海洋中的二氧化碳转化为能量丰富的有机化合物。海洋火山的热液喷口满足这些条件。
如今地球上的生物仍然通过称为“乙酰辅酶A”(乙酰辅酶A)的酶促反应将氢和二氧化碳结合形成有机分子。该过程将必需的有机分子送入生化过程，从而驱动蛋白质，碳水化合物和脂质的产生，而蛋白质，碳水化合物和脂质是细胞能量代谢的核心。然而，问题在于，现代生物利用11种酶(共15,000个氨基酸组成)参与到乙酰辅酶A途径，所有这些酶都不可或缺。马丁说，如果没有合适的蛋白质加工场所或催化剂，只是将氢气和二氧化碳放在一起，那就什么也不会发生。
那么最早的乙酰辅酶A代谢途径是怎么开始的呢？两年前，斯特拉斯堡大学化学家约瑟夫·莫兰(Joseph Moran)领导的研究人员提出了部分解释。他们报告说，纯金属，包括铁，镍和钴，可以催化水(水分子中含有氢)和二氧化碳的反应，形成乙酸盐和丙酮酸，这是乙酰辅酶A代谢途径的关键步骤。这一发现表明，最早的生命可以以这些有机化合物为食，并随着时间的推移进化出一套蛋白质系统来使反应更加有效，最终自然选择了一套最高效的系统。
马丁指出，莫兰的解释是将水和二氧化碳转化为有机物，但根据马丁教授的研究结果，古生物可能利用氢气和二氧化碳制造有机物。马丁说：“我们想看看氢气和二氧化碳是否能在没有酶的情况下起作用，即生命诞生之前，氢气和二氧化碳能否相互作用生成有机物。 ”
他和同事们知道，由于水和地壳深处的金属之间的反应，热液喷口会不断喷出氢气。研究人员先前确定，地球早期海洋中的二氧化碳含量是今天的1000倍。因此，马丁想知道热液喷口周围常见的金属矿物是否会使氢与二氧化碳反应。
为了找出答案，马丁和莫兰的研究小组联手调查了在喷口附近发现的三种富含铁的矿物：钙铁矿，磁铁矿和磷灰石。研究员将反应物模拟成海洋火山裂隙周围环境。该团队今天在《自然生态与进化》杂志上报告说，这三种矿物质都能催化氢和二氧化碳的反应，形成混合有机物，包括甲酸，乙酸盐和丙酮酸。马丁说：“这是化学能量的持续来源，它产生了用于代谢的高能分子。”
就目前来看，这或许就是地球原始生命的第一顿饭了。
本文译自 Science | AAAS，由 Mork 编辑发布。