北京
代谢这件事，已经在地球上烧了四十多亿年。细胞从周围环境里收集、转化、利用化学能，这股力量驱动着维持生命的、复杂到令人眩晕的化学反应网络。
正因为代谢如此关键，一些研究者相信，这些反应可能参与点燃了生命本身。他们主张，生命最初的火花出现在简单分子的自我维持循环里，那时基因和细胞都还不存在。像RNA和DNA这样更复杂的分子，是后来才发展出来、开始为遗传储存信息的。
代谢优先论的核心论据很直接：如果没有一个自我维持的反应来供能，就根本无法解释细胞生命所需的那些更大、更复杂的分子从何而来。德国海因里希·海涅大学杜塞尔多夫分校的演化生物学家威廉·马丁说，流经系统的能量就是生命在诸多形态中的样子。“它合成基因，基因含有信息，用来产生让这个反应继续下去的催化剂，而这些催化剂随时间发生了变化。”
非生命的地球化学驱动的反应，最终可能触发了有生命的生物化学——这个想法已经酝酿了几十年。1968年，美国生物物理学家哈罗德·莫罗维茨提出，流经系统的能量会组织这个系统，他把这一思路用到了原初代谢的概念上。莫罗维茨的基本主张是：来自外部环境的能量，比如太阳或地质过程，可以把化学网络推入自我维持的反应。随着时间推移，这些反应可能变成生物反应。
早期自我维持反应的一个极简版本，可能类似乙酰辅酶A途径。一些现代微生物用这条途径从氢和二氧化碳构建复杂的有机分子并产生化学能。但什么样的条件能点燃这类类似生命的反应？
深潜器在20世纪70年代末首次遇到热液喷口。那是海底的裂口，富含溶解金属的地热加热海水从这里涌入周围海水。20世纪80年代末到90年代初，金特·韦希特斯豪泽提出了“铁硫世界”的构想。在这个可能的早期地球环境里，像乙酰辅酶A途径这样的自我维持反应，可能被喷口周围聚集的铁硫矿物化学催化。
这如何可能导向生命？起初，一条非常简单的途径可能把二氧化碳和氢转化成更复杂的含碳化合物，比如乙酸和丙酮酸，同时把能量释放回环境。氢提供能量，金属催化剂让这个过程循环运转。一旦原始循环建立起来，它就能层层产出越来越复杂的化合物，酶促循环越来越多，都在收集和释放能量，从最初这个循环向外搭建。它们有可能在生命的任何遗传机制发展出来之前，就持续增加复杂度。
“你从简单的无机催化剂开始，然后是有机催化剂，然后是酶，代谢过程变得越来越复杂，”马丁说，“但那些不靠酶启动的反应究竟是什么性质，一直悬而未决，争论激烈。”
为了探索可能的机制，马丁和同事在实验室里模拟热液喷口附近的温度和压力条件。2020年，团队展示，喷口里存在的化学物质，比如二氧化碳和氢，加上这些地点常见的镍和铁矿物，可以结合生成甲酸、乙酸和丙酮酸。德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所生物化学家、该研究第一作者玛蒂娜·普赖纳说，这些化合物基本上是乙酰辅酶A途径的“脊柱”。这些发现“表明，在你拥有其他任何东西之前，就有可能启动这些反应”，包括RNA或蛋白质。
不过，一些科学家认为，热液喷口附近的高温高压条件未必是形成这些反应所必需的。同样在2020年，加利福尼亚州斯克里普斯研究所的有机化学家拉马纳拉亚南·克里希纳穆尔蒂和同事证明，早期地球环境中可能存在的两种小分子——丙酮酸和乙醛酸——可以反应生成逆柠檬酸循环的几乎所有组分，该循环与乙酰辅酶A循环类似；而且这一过程不仅能在远离喷口极端环境的温度和水中条件进行，还不需要任何金属催化剂。这暗示，代谢可能是在一潭温水池里起步的，而不是在深海坩埚中。
无论触发环境是哪里，目前都还没有一个成形的理解，说明最初的代谢反应如何变得足够稳定、进而发展出复杂性。能够储存和复制信息的遗传物质，可能是把改进传给一代代原始代谢反应所必需的。
研究者还需要建立代谢与遗传信息之间的联系，并确定这些原初代谢反应在被放进细胞膜的范围之内后，如何共存而不互相破坏。
“我们怎样才能最好地把它们混合在一起，而不至于得到一团无法分析的乱麻？”克里希纳穆尔蒂说，“这就是挑战。”
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