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生命起源之谜：过去五年的五大突破
地球上生命起源的本质仍有很多我们不理解的地方。
生命本身的定义在科学家中间存在争议，但大多数研究人员对生命细胞的基本成分基本上是一致的。水、能量和一些必需元素是细胞产生的先决条件。然而，这些细胞是如何形成的具体细节仍然是一个谜。
最近的研究集中在试图在实验室中重新创建构成我们所知生命的化学反应，条件是符合早期地球(约40亿年前)的情况。由于技术进步和对早期地球条件的更好理解，实验变得越来越复杂。
然而，远非将科学家们团结在一起并解决争论，实验工作的兴起导致了许多相互矛盾的理论。一些科学家认为生命起源于深海热液喷口，那里的条件提供了必要的能量。其他人则认为，陆地上的热泉提供了更好的环境，因为它们更有可能含有来自陨石的有机分子。这只是正在研究的两种可能性。
以下是过去五年中五项最显著的发现。
1. 早期细胞中的反应
驱动生命起源的化学反应的能量来源是什么？这是一支德国研究团队试图解开的谜团。该团队深入研究了402种已知可以产生生命必需组分(如核苷酸，DNA和RNA的构建块之一)的反应的可行性。他们使用了早期地球上最常见的一些元素。
这些反应在现代细胞中存在，并且被认为是最后的普遍共同祖先LUCA(一种单细胞、细菌样生物)的核心代谢。
对于每一种反应，他们计算了自由能变化，这确定了一个反应是否可以在没有其他外部能源的情况下进行。令人着迷的是，这些反应中许多都不依赖于像三磷酸腺苷这样的外部影响，后者是生物细胞中的一种通用能源。
生命基本构件的合成并不需要外部能量的提升：它是自我维持的。
2. 火山玻璃
生命依赖于分子来存储和传递信息。科学家认为RNA(核糖核酸)链是DNA的前体，因为它们的结构更简单。
RNA在我们的行星上的出现长期以来一直困扰着研究人员。然而，最近取得了一些进展。2022年，美国的一个合作团队在实验室中生成了稳定的RNA链。他们通过将核苷酸通过火山玻璃制成了足以存储和传递信息的长链。
由于频繁的陨石撞击和高火山活动，早期地球上存在火山玻璃。该研究中使用的核苷酸也被认为曾经存在于地球历史上的某个时期。火山岩可能促进了将核苷酸组装成RNA链的化学反应。
3. 深海热液喷口
碳固定是一个过程，其中CO2获得电子。这是建立生命基础的分子所必需的。
需要一个电子给予者来推动这个反应。在早期的地球上，H2可能是电子给予者。2020年，一个合作团队展示了这种反应可以自发发生并受到类似于早期海洋中深海碱性热液喷口的环境条件的推动。他们利用微流体技术，在模拟碱性喷口的装置中通过实验来进行。
这条途径与许多现代细菌和古菌细胞(没有细胞核的单细胞生物)的操作方式非常相似。
4. 克雷布斯循环
在现代细胞中，碳固定之后是一系列的化学反应，这些反应组装或分解分子，形成由酶驱动的错综复杂的代谢网络。
但是科学家们仍在辩论在酶的出现和演化之前，代谢反应是如何展开的。2019年，法国斯特拉斯堡大学的一个团队取得了突破。他们表明，铁离子是一种在早期地球地壳和海洋中丰富的铁的一种类型，可以推动克雷布斯循环中的11个步骤中的9个步骤。克雷布斯循环是许多生物细胞中存在的一种生物通路。
在这里，铁离子作为碳固定的电子给予者，推动了一系列反应。这些反应产生了五种通用代谢前体——在所有生物体的各种代谢通路中都是基础的五种分子。
5. 古代细胞膜的组成部分
理解生命基础构件的形成及其错综复杂的反应是理解生命起源的一大步。
然而，无论是在陆地上的热泉还是在深海中，这些反应在没有细胞膜的情况下不会有多远。细胞膜在原始细胞的生物化学中起着积极作用，并与环境相连接。
现代细胞膜主要由称为磷脂的化合物组成，其中包含一个亲水头和两个疏水尾。它们以双层结构排列，亲水头向外，疏水尾向内。
研究表明，磷脂的一些组成部分，如构成尾部的脂肪酸，可以在各种环境条件下自组装成这些双层膜。但是早期地球上是否存在这些脂肪酸？英国纽卡斯尔大学最近的研究给出了一个有趣的答案。研究人员通过将富含H₂的流体(可能存在于古代碱性热液喷口中)与富含CO2的水结合，在实验室中重新生成了这些分子的自发形成。
这一突破支持了稳定脂肪酸膜可能起源于碱性热液喷口的假设，可能演变为生物细胞。作者推测，类似的化学反应可能在冰冷卫星的地下海洋中发生，这些卫星被认为拥有类似于地球的热液喷口。
这些发现每一项都为生命起源之谜增添了一块新的拼图。无论哪些理论被证明是正确的，相互对立的理论都在推动寻找答案。
正如查尔斯·达尔文所说：“错误的事实对科学的进展有很大的危害，因为它们经常长时间存在：但错误的观点，如果有一些证据支持，对科学的进展几乎没有伤害，因为每个人都乐意通过证明它们的错误来获得一种有益的乐趣；当这样做时，一条通向错误的道路被关闭，通向真理的道路往往同时被打开。”