生命的起源來源於氫能?點燃生命火花所需的能量其實相當簡單

生命的起源來源於氫能?點燃生命火花所需的能量其實相當簡單

新浪科技訊 北京時間1月13日訊息,據國外媒體報道,簡單、毫無生機的物質究竟是如何形成生命的?這是關於生命最深奧、也最令人迷惑不解的謎團之一。我們已經知道,生命的火苗最初應當是由某種化學反應點燃的,但一直不清楚究竟是什麼樣的化學反應,也不知道這些反應所需的能量從何而來。

不過,德國杜塞爾多夫大學的研究人員最近宣佈,他們找到了生命起源的幕後推手。這味“神秘配料”其實是現代最清潔、最環保的能量載體——氫氣。

研究團隊開展了一系列化學實驗,透過使用催化劑、以及模擬海底熱泉的條件,考察了氫氣與二氧化碳之間的化學反應,還採用了一種名叫分子考古學的計算方法,對現代細胞蛋白質及DNA中原始生命留下的蛛絲馬跡進行了分析。

研究人員想要弄清,究竟是什麼樣的化學環境孕育出了最早的新陳代謝(即生物的能量處理過程)。於是,他們將目光投向了地球生物所謂的“最後的共同祖先”。

生命的起源來源於氫能?點燃生命火花所需的能量其實相當簡單

該研究團隊總共考察了402種合成生命分子構件的生物化學反應。圖中每個圓圈都代表一種反應,顏色則代表各個反應釋放出的能量。綠色意味著反應可以釋放能量,紫色意味著需要吸收能量。

該團隊總共確定了402個自生命起源以來便基本不曾改變過的代謝反應,全部屬於當今最簡單的生命形式——細菌和古細菌。這些反應都儲存得十分完好。利用這些反應,研究人員揭開了數十億年前原始生命的神秘面紗,拼湊出了“最後的共同祖先”新陳代謝的真實面目,

驅動原始新陳代謝的能量究竟來自哪裡?在四十億年前、新陳代謝反應剛剛開始時,地球上還沒有進化出蛋白質或酶,無法催化這些反應。新陳代謝一定是由自然環境中的化學反應引發的,也許藉助了某種無機催化劑。但光有催化劑還不夠,這些反應還會釋放出能量,可是這些能量究竟來自哪裡呢?

此前從未有人想到透過考察這些代謝反應尋找它們的催化能量來源。

為了尋找這些原始代謝反應的能量來源,該團隊計算出了每種反應的“自由能”,又稱“吉布斯能”。而他們的發現十分驚人:“最後的共同祖先”並不需要藉助紫外光照射、隕石撞擊、火山爆發、或者核輻射來啟用早期代謝反應。相反,這些反應的能量來自其自身的新陳代謝。這意味著這些代謝反應可以釋放出“最後的共同祖先”體內的自由能,並且這一過程很可能是在類似現代海底熱泉的環境中發生的。

現在總共發現了402種相互關聯的代謝反應,乍看之下簡直複雜得令人絕望。沒想到只要在合適的條件下,這些反應都可以自然而然地發生。這說明生命的起源也許遠沒有我們之前所想的那樣複雜,只需要有合適的化學物質、以及合適的區域性條件即可。針對這402項關鍵反應的計算機分析結果顯示,它們主要發生在溫度為80℃、pH值為9左右的鹼性環境中,就像我們提到的海底熱泉。不僅如此,這些熱泉還會產生大量氫氣。

在這樣的環境中,“最後的共同祖先”有95%至97%的代謝反應都可以自行發生,不需要其它任何能量來源。在深不可測、漆黑一片的海底熱泉中,氫氣就是化學界的“陽光”。

假如沒有氫氣,什麼都不會發生,因為在新陳代謝反應剛開始時,首先需要由氫將二氧化碳中的碳提取出來。因此,點燃生命火花所需的能量其實相當簡單。我們不需要陽光,不需要隕石,也不需要紫外線,只要有氫氣和二氧化碳、再加上一些氨和鹽就行了。

人類如今正開始嘗試駕馭氫能,堪稱“返本溯源”。現代能量研究對氫的利用方式與生命幾乎完全相同,只不過生命的“氫技術史”已有四十億年之久,而我們才剛剛起步。(葉子)

該研究團隊總共考察了402種合成生命分子構件的生物化學反應。圖中每個圓圈都代表一種反應,顏色則代表各個反應釋放出的能量。綠色意味著反應可以釋放能量,紫色意味著需要吸收能量。

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