
接近40亿年前的地球上的某个地方,一组分子反应翻转开关并变成了生命。科学家试图通过简化表征生物的过程来想象这一动画事件。
新的研究表明,简化需要进一步发展。
目前,所有已知的生物都依靠DNA复制和蛋白质来运行细胞机械,但是这些大分子(成千上万个原子的插曲编织)不太可能在第一批生物体中使用。
纽约大学的化学家罗伯特·夏皮罗(Robert Shapiro)说:“生命本来可以从大自然提供的小分子开始。”
夏皮罗(Shapiro)和其他人坚持认为,第一种生命形式是独立的化学实验,这些化学实验的生长,再现甚至进化而不需要我们现在知道的生物学的复杂分子。
原始汤
一个经常出现的生命的故事是,复杂的生物化合物由偶然的偶然汤中的有机汤组装而成。这种益生元的合成最终导致这些生物分子之一能够制作自身的副本。
原始汤产生的这种生命观念的首次支持来自斯坦利·米勒(Stanley Miller)和哈罗德·乌里(Harold Urey)著名的1953年实验,他们在其中制造氨基酸(蛋白质的基础),通过将火花涂在氢,甲烷,氨和水的试管上。
如果氨基酸可以从原料中融合在一起,那么在足够的时间内可能会形成更大,更复杂的分子。生物学家设计了各种情况,在潮汐池中进行了这种组合,附近水下火山通风口,在粘土沉积物的表面,甚至在外层空间。
但是,第一个复合物分子蛋白或DNA还是其他东西?生物学家面临鸡肉和蛋的问题,因为需要蛋白质复制DNA,但是DNA对于指导蛋白质的建立是必要的。
因此,许多研究人员认为,RNA(DNA的表弟)可能是生命所基于的第一个复杂分子。 RNA携带诸如DNA之类的遗传信息,但也可以像蛋白质一样引导化学反应。
新陈代谢首先
然而,夏皮罗认为,这种所谓的“ RNA世界”仍然太复杂了,无法成为生活的起源。携带信息分子(例如RNA)是分子“位”的序列。夏皮罗说,原始汤将充满这些序列在它们生长足够长的时间以至于有用的东西。
夏皮罗告诉生活学。
夏皮罗(Shapiro生物学季度评论。这些反应会产生可以反馈到周期的化合物,从而产生不断增长的反应网络。
所有相互关联的化学反应可能包含在简单的膜中,或者物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)所说的“垃圾袋”。这些可能像单元格一样分裂,每个新的袋子都带有化学品以重新启动或重复原始周期。这样,可以传递“遗传”信息。
此外,该系统可以通过创建比小分子更好地执行反应的更复杂的分子来发展。夏皮罗说:“该系统将学会制造更大的分子。”
基于小分子的生命的起源有时被称为“代谢首先”(将其与“基因首先” RNA世界形成鲜明对比)。为了回答批评家说,小分子化学的组织不足以产生生命,夏皮罗介绍了充满活力的“驱动器反应”的概念,该概念将充当恒定的发动机来运行各种周期。
驱动进化的第一步
Shapiro驾驶员反应的可能候选者最近可能是在海底微生物中发现的甲藻菌,食用一氧化碳并排出甲烷和乙酸盐(与醋有关)。
宾夕法尼亚州立大学的生物学家詹姆斯·费里(James Ferry)和地球化学家克里斯托弗·豪斯(Christopher House)发现,这种原始生物可以从乙酸盐和硫化矿物铁中的反应中获得能量。与其他需要数十种蛋白质的能量促进过程相比,这种基于乙酸的反应仅在仅两个非常简单的蛋白质的帮助下进行。
研究人员在本月发行的分子生物学和进化剥离的地球化学周期是第一批生物为其生长提供动力的方法。费里说:“这个周期是所有进化从中散发出来的。” “这是一生的父亲。”
Shapiro持怀疑态度:必须形成两种蛋白质。但是他认为这一发现可能指向正确的方向。他说:“我们必须让大自然指导我们。”