网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

地球生命起源两次?科学家:生命成功独立生存,地球曾发生了两次

0
分享至

生命起源的诸多谜题中,最绕不开的莫过于代谢与酶的关系,这个问题就好比先有鸡还是先有蛋。

今天所有生命的新陈代谢都靠酶来催化,可酶本身也是代谢的产物。

所以在还没有酶的远古地球,第一套能合成生命构件的反应系统,到底是怎么运转起来的?



2026年8月5日发表在《科学进展》上的一项研究,研究人员通过回溯上千种代谢酶的演化轨迹,还原了这套系统从无到有的完整组装过程。



这项研究告诉我们:生命的代谢不是一次性凭空诞生的,而是经历了从依附矿物环境到逐步自主的漫长过渡;而细菌和古菌这两大最基础的生命谱系,更是在分家之后,各自独立走完了代谢系统的最后一步,先后拥有了真正独立生存的能力。

要追溯几十亿年前的代谢演化,科学家的办法是拆解酶的三维结构。

比起基因序列,蛋白质的空间结构更保守,能挖到更古老的演化痕迹。

研究团队分析了953种原核生物的基因组,覆盖361个合成氨基酸、碱基和辅助分子的核心代谢反应,通过结构比对把酶归为不同的演化家族,再判断哪些酶在所有细胞的最后共同祖先(LUCA)体内就已经存在,哪些是后来细菌和古菌各自添上的。



结果出乎很多人的意料:LUCA只拥有约一半的核心代谢酶,准确说是166种。

其中负责合成核苷酸的酶已经基本完整,毕竟遗传物质的复制是生命的核心功能;但氨基酸合成、辅因子合成和中间碳代谢通路都存在明显缺口。

这些缺口并不是凭空补上的,而是由环境里的天然金属代劳。



在蛇纹石化的海底热液喷口,天然存在的铁、钴、镍等金属单质颗粒,它们本身就是高效的催化剂。

它们能在温和的水环境里,推动氢气、二氧化碳、氨气合成出乙酸、丙酮酸甚至氨基酸,这些都是代谢系统里的核心中间产物,反应路径和今天酶催化的几乎完全一致。

LUCA就是这样一种半自给的原始生命:它已经有了核糖体、通用遗传密码,能合成一部分酶,但还没法独立完成全部代谢反应,必须依附在富含金属的热液岩石上,靠矿物催化补全剩下的反应。

所以它更像是长在岩石孔隙里的半生命,还没法脱离环境自由游动。

而代谢运转离不开能量。

今天的细胞用ATP当做通用能量货币,可ATP本身需要酶来合成。

原始环境里的能量从哪来的?

这一直是生命起源研究的瓶颈,普通的磷酸盐在水里活性很低,很难给有机分子加上磷酸基团、提供反应能量。

这项研究找到了关键的答案:热液喷口里的磷,不是我们熟悉的正磷酸盐,而是亚磷酸。

在金属钯的催化下,亚磷酸能在温和的碱性水环境里,直接给腺苷一磷酸加上磷酸基团,生成能量分子ADP;也能给丝氨酸加上磷酸,变成生命必需的磷酸化氨基酸。

整个过程不需要额外的化学助剂,不需要反复脱水,在水里持续反应就能发生,刚好匹配热泉的环境条件。

这就意味着,热液喷口不仅有现成的催化剂,还有持续的能量来源:亚磷酸氧化释放的能量,直接驱动了最初的磷酸化反应,稳稳撑起了原始代谢的能量需求。



随着酶的种类越来越多,细胞开始用小分子代谢辅助因子替代环境里的金属。

过去学界一直认为,这类辅助因子是比酶更古老的RNA世界遗留物,但这项研究排出的演化时间线给出了完全相反的结论:所有核心辅助因子的出现时间都很晚,它们对应的反应,早就靠金属催化在环境里存在了。

换句话说,辅助因子不是酶的前身,而是金属的升级版替代品。

比起固定在岩石里的金属颗粒,可溶的小分子能带着催化能力在细胞内移动,让反应更精准、更高效。

当细胞把绝大多数依赖环境金属的反应,都换成了酶加辅助因子的组合,它就彻底摆脱了对岩石环境里天然金属的依赖,成为能自由生活的完整细胞。



最关键的是,这最后一步脱离环境的关键跃升,在细菌和古菌身上独立发生了两次。

研究发现,至少有5组核心代谢酶(包括丙氨酸脱氢酶、莽草酸激酶等),在细菌和古菌体内的三维结构完全不同,属于各自独立发明的产物,就像两个工程师面对同一个问题,画出了完全不一样的设计图。

这说明,LUCA分家成两个谱系的时候,双方都还带着半套代谢系统,都还依赖环境里的金属。

在之后的演化里,细菌分支补上了89种新酶,古菌分支补上了38种,各自摸索着补上了缺失的反应环节,独立完成了代谢系统的全酶促装配,最终都实现了自由生活。

这不是生命起源了两次,而是生命从依附环境的半化学网络到自主生存的活细胞这关键一跃,在两大谱系里独立发生了两次。

它们共享同一个古老的祖先雏形,却各自走完了最后的演化。



这项研究也刷新了我们对生命边界的认知:生命不是某个瞬间发生的奇迹,不是一道非生即死的明确界限,而是一个持续数亿年的渐进组装过程。

从金属催化的无机反应系统,到半酶半矿物的原始生命,再到基本自主的细胞,生命一步步把环境里的催化能力转化成自己的一部分。

海底热泉的岩石孔隙,就是这个组装过程的天然摇篮。

那些不起眼的金属颗粒和亚磷酸,最终孕育出了今天地球上所有复杂的代谢系统。

而细菌和古菌两次独立的自主化之路,也让我们看到:生命的诞生或许并没有那么偶然,只要环境条件合适,从化学走向生命的路径,可能远比我们想象的更可重复。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
普京:新地区居民的选择非常明确——加入俄罗斯

普京:新地区居民的选择非常明确——加入俄罗斯

俄罗斯卫星通讯社
2026-10-01 15:39:08
11年后重返NBA,海佐尼亚完全换了个人!

11年后重返NBA,海佐尼亚完全换了个人!

篮球大图
2026-10-02 09:20:44
普京:宣称让俄遭遇“战略失败”将提高冲突升级风险

普京:宣称让俄遭遇“战略失败”将提高冲突升级风险

新华社
2026-10-02 07:55:14
坚定看好电子材料(半导体材料 + PCB上游高端材料)的完整逻辑

坚定看好电子材料(半导体材料 + PCB上游高端材料)的完整逻辑

户外钓鱼哥阿旱
2026-10-01 00:36:04
打脸曼城!曼联白捡 7000 万绝世天才!名宿盛赞:瓜帅都想抢

打脸曼城!曼联白捡 7000 万绝世天才!名宿盛赞:瓜帅都想抢

澜归序
2026-10-02 08:56:02
猛然发现,现今没人提固态电池了?后路都让抄了,大饼画不下去了

猛然发现,现今没人提固态电池了?后路都让抄了,大饼画不下去了

一路荒凉如歌a
2026-09-29 16:03:49
总统怕是当不成了,马科斯迎来最强候选人,老杜女儿已在劫难逃?

总统怕是当不成了,马科斯迎来最强候选人,老杜女儿已在劫难逃?

风雨与阳光
2026-10-01 13:49:12
美国顶级战略大家观点犀利:一语点破中国潜在危机,值得国人深思

美国顶级战略大家观点犀利:一语点破中国潜在危机,值得国人深思

霁寒飘雪
2026-10-01 16:41:56
皮尔洛谈执教C罗:这个男人根本不需要教练,教练反而是学习者

皮尔洛谈执教C罗:这个男人根本不需要教练,教练反而是学习者

体育闲话说
2026-08-18 06:57:22
不是景甜舍不得3000万,查了下才知道,原来她穷得日子也不好过

不是景甜舍不得3000万,查了下才知道,原来她穷得日子也不好过

天天热点见闻
2026-08-29 08:53:35
青桔、美团在云南一县被终止运营,30天内须全部清退

青桔、美团在云南一县被终止运营,30天内须全部清退

黄河新闻网吕梁
2026-10-01 10:54:45
烟台市委原常委、管6197亿国企、今天双开:严管的话说了四年

烟台市委原常委、管6197亿国企、今天双开:严管的话说了四年

一口娱乐
2026-10-02 09:51:34
三星上调Galaxy S26系列手机建议零售价:涨800-1800元,7799元起

三星上调Galaxy S26系列手机建议零售价:涨800-1800元,7799元起

IT之家
2026-10-02 11:06:03
48岁刘涛米兰街头被围堵,原相机下这状态,谁敢认老?

48岁刘涛米兰街头被围堵,原相机下这状态,谁敢认老?

阿废冷眼观察所
2026-09-30 06:09:51
人间丨泼天流量砸中“雪饼猴”:一只猴,带火一座城

人间丨泼天流量砸中“雪饼猴”:一只猴,带火一座城

大众网
2026-10-01 06:03:12
中国驻美国大使谢锋:年底前,中美两国元首还有望在深圳、迈阿密两度聚首

中国驻美国大使谢锋:年底前,中美两国元首还有望在深圳、迈阿密两度聚首

新京报
2026-10-02 09:34:04
瞒了 200 年!毛发 DNA实锤:美国开国元勋杰斐逊,与黑奴育有子

瞒了 200 年!毛发 DNA实锤:美国开国元勋杰斐逊,与黑奴育有子

史行途
2026-09-21 06:03:39
“极不寻常的外交斥责”!美媒爆:鲁比奥要求出席联大的伊朗代表团立即离境

“极不寻常的外交斥责”!美媒爆:鲁比奥要求出席联大的伊朗代表团立即离境

环球网资讯
2026-10-01 11:18:07
仅上映1天,就票房第一,不愧是你们盼了一整年的黑马片!

仅上映1天,就票房第一,不愧是你们盼了一整年的黑马片!

蓝莓影视推荐
2026-10-02 13:46:37
属猴人注意!十月初,这三个地方打死别去,谁叫都不好使!

属猴人注意!十月初,这三个地方打死别去,谁叫都不好使!

牛锅巴小钒
2026-10-02 10:18:42
2026-10-02 15:28:49
窥探宇宙1 incentive-icons
窥探宇宙1
分享天文最新消息,宇宙探索视频
335文章数 373关注度
往期回顾 全部

科技要闻

“分手”15天后,华为与赛力斯签约新五年

头条要闻

女子退休前查出癌症花光积蓄去南极旅游 回来肿瘤小了

头条要闻

女子退休前查出癌症花光积蓄去南极旅游 回来肿瘤小了

体育要闻

“今天的表现,我们可以昂首离开球场”

娱乐要闻

奚梦瑶晒四太豪礼!22只龙凤镯近300万

财经要闻

珠宝黑马爆雷,老板全家跑路泰国!

汽车要闻

2027款极氪001将于明年一季度上市 现款猎装同步推新配色

态度原创

房产
健康
手机
公开课
军事航空

房产要闻

4000+/平!华侨城,直接把海口楼市的地板给掀了!

刷酸祛痘,为什么有人翻车?

手机要闻

存储危机还在恶化!入门手机几近灭绝 笔记本销量已暴跌25%!

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

胡塞武装:24小时内沙特空袭也门47次

无障碍浏览 进入关怀版