进化充满了先有鸡还是先有蛋的情况，但最棘手的问题之一是在核酸出现之前是否存在生命。
研究人员现在提供了原始生物化学在没有磷酸盐的情况下发生的证据——磷酸盐是生物体的重要组成部分。核酸我们基因化学的基石——为“在生命出现之前就存在新陈代谢”的论点提供了佐证。
科学家们来自和和波士顿大学已经确定了许多不需要磷酸盐的替代代谢途径，这些发现可以填补我们对复杂有机化学如何进化成地球上生命的理解的空白。
我们今天定义的生活是很大程度上基于关于不完美复制的化学——这既需要可复制的模板，又需要捕获足够能量的方法，以将简单的碳基化学物质物理重新排列成更复杂的形式。
问题是哪个先出现：一个可以进化成复杂性的化学代码，或者可以使用能量将简单化学物质转化为复杂有机化合物的复杂途径。
在所谓的RNA世界假说，自由浮动的字符串核糖核酸（RNA）我们可以将其描述为生命前身的促进过程，聚合物扮演着早期信息模板和化学机械的角色。
这个概念的一个问题是，如果没有能源，RNA 就无法发挥作用，这需要一系列化学反应，我们可以将其视为新陈代谢的早期形式。
不仅如此，RNA 分子还含有磷酸盐——一种被称为磷酸盐的分子。锁得很紧存在于环境中，因此很难融入有机化合物中。
其他“生命前”假设表明，早期形式的代谢化学已经从环境中以热或光的形式吸收能量，并将其从一种化学反应转移到不受细胞膜束缚的有机汤中的另一种化学反应。
最终，这种原始的新陈代谢与 RNA 结合在一起，然后随着时间的推移在单个脂肪泡中找到庇护所。 我们可以认为是的对象第一个细胞。
然而，现代生物体的新陈代谢主要基于以下化合物：三磷酸腺苷 (ATP)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP)，其中再次包含了那个麻烦的旧磷酸分子。
研究人员现在指定的替代代谢途径是基于使用硫构建的分子，硫在数十亿年前地球海洋中就很丰富。
“这项工作的意义在于，未来了解生命起源的努力应该考虑到这样一种具体可能性：当第一个类生命过程开始出现时，今天必不可少的基于磷酸盐的过程可能还不存在。”研究员丹尼尔·塞格雷 (Daniel Segrè) 表示来自波士顿大学。
硫在早期新陈代谢中占据中心地位的想法并不新鲜——20 世纪初期th世纪德国化学家君特·瓦希特肖瑟建议硫化铁和硫化镍的化合物可以作为周围碳固定的催化剂深海火山口，充当他所谓的“先锋生物体”的简单新陈代谢。
尽管化学反应听起来令人信服，但有确凿的证据将这一过程中涉及的各种反应联系起来。铁硫世界假说” 此前一直有些匮乏。
“到目前为止，缺少的是数据驱动的证据，表明这些早期过程，而不是分散的反应，可能构成了一个高度连接且相对丰富的原始代谢网络，”塞格雷说。
因此 Segrè 和他的团队应用了计算系统生物学– 一种使用数学模型探索生化反应的不同分支途径的理论方法 – 以确定我们古代海洋中丰富的八种不含磷酸盐的化合物。
然后，他们应用一种算法来模拟基于这些化学物质的原始新陈代谢，其中包括硫化铁和含硫化合物，称为硫酯类，让他们能够评估一系列不同的反应是如何发生的。
研究人员发现，涉及 260 种代谢物的 315 个反应的核心网络可以支持生命所需的大量复杂有机化合物的产生，包括氨基酸和羧酸。
由于早期的生物化学未能以化石的方式留下太多证据，因此我们只能用诸如此类的数学模型将我们能收集到的碎片拼凑起来。
虽然这并不能证明无磷酸盐可以孕育生命，但它确实为生命起源于大多数生物体不再依赖的化学的可能性提供了证据。
此类研究的应用远远超出了考虑早期生命可能如何形成的范围。
“将新陈代谢作为一种生态系统水平甚至行星现象来分析，而不是特定于生物体的现象，这一想法也可能对我们对微生物群落的理解产生影响。”塞格雷说。
这项研究发表于细胞。
