近九年来,科学界对生命起源最喜欢的解释是“原始汤”。 这种观点认为,生命起源于地球表面温暖池塘中的一系列化学反应,这些化学反应是由外部能源引发的,例如强光或紫外线 (UV)。
但最近的研究增加了另一种观点的分量,即生命起源于海洋深处温暖的岩石结构,称为热液喷口。
上个月发表的一项研究在自然微生物学这表明所有活细胞的最后一个共同祖先都是在富含铁的热环境中以氢气为食的,就像喷口内的环境一样。 传统假说的拥护者曾持怀疑态度这些发现应该改变我们对生命起源的看法。
但热液喷口假说通常被描述为充满异国情调且有争议的,解释了活细胞如何进化出获取能量的能力,而这种能力在原始汤中是不可能实现的。
在下面传统假设据说,当闪电或紫外线导致简单的分子结合在一起形成更复杂的化合物时,生命就开始了。 最终产生了类似于我们自己的 DNA 的信息存储分子,这些分子位于原始细胞的保护性气泡内。
实验室实验证实,构成的微量分子构件蛋白质和信息储存分子确实可以在这些条件下创建。 对于许多人来说,原始汤已成为第一个活细胞起源的最合理环境。
但生命不仅仅是复制 DNA 中存储的信息。 所有生物都必须繁殖才能生存,但复制 DNA、组装新蛋白质和从头开始构建细胞需要大量能量。
生命的核心是从环境中获取能量、储存能量并持续将其引导至细胞关键代谢反应的机制。
这种能量从何而来以及如何到达那里可以告诉我们很多关于生命进化和起源的普遍原则。 最近的研究越来越多地建议原始汤并不是驱动第一个活细胞能量的合适环境。
经典的教科书知识是,地球上的所有生命都是由太阳提供的能量和植物捕获的能量提供动力,或从氢或甲烷等简单化合物中提取的能量。 鲜为人知的是,所有生命都以相同且相当独特的方式利用这种能量。
这个过程有点作用就像水力发电大坝。 细胞不是直接为其核心代谢反应提供动力,而是利用食物中的能量将质子(带正电的氢原子)泵入生物膜后面的储库。 这就产生了所谓的“浓度梯度”,膜一侧的质子浓度高于另一侧。
然后质子通过嵌入膜内的分子涡轮流回,就像水流过大坝一样。 这会产生高能化合物,然后用于为细胞的其余活动提供动力。
生命可能已经进化到能够利用地球上无数可用的能源,从热量或放电到天然放射性矿石。 相反,所有生命形式都是由细胞膜上的质子浓度差异驱动的。
这表明最早的活细胞以类似的方式收集能量,并且生命本身是在质子梯度较低的环境中产生的。最容易获得的电源。
排气假说
最近的研究基于可能存在于第一个活细胞中的一组基因,将生命的起源追溯到深海热液喷口。 这些是由固体岩石和水之间的化学反应产生的多孔地质结构。
来自地壳的碱性流体沿着喷口流向酸性更强的海水,产生自然质子浓度差异,与为所有活细胞提供动力的质子浓度差异非常相似。
研究表明,在生命进化的最早阶段,原始细胞中的化学反应可能是由这些非生物质子梯度驱动的。 随后,细胞学会了如何产生自己的梯度,并逃离喷口,定居在海洋的其余部分,最终定居在地球上。
虽然原始汤假说的支持者认为静电放电或太阳的紫外线驱动作为生命的第一个化学反应,现代生命并不是由任何这些不稳定的能源提供动力的。 相反,生命能量产生的核心是生物膜上的离子梯度。
在地球表面温暖的原始汤池中,根本不可能出现任何类似的东西。 在这些环境中,化合物和带电粒子往往会被均匀稀释,而不是形成梯度或非平衡态。生命的中心。
深海热液喷口代表唯一已知的环境它可以创造出具有与现代细胞相同的能量利用机制的复杂有机分子。 当人们对生命能量学的普遍原理知之甚少时,在原始汤中寻找生命的起源是有意义的。
但随着我们知识的扩展,是时候接受替代假设了,这些假设认识到能量通量驱动首次生化反应的重要性。 这些理论无缝地弥合了活细胞和非生命分子的能量学之间的差距。