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生命進(jìn)化中“遺忘”的化學(xué)反應(yīng)再現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間：2024-6-21來(lái)源：青島市科學(xué)技術(shù)局點(diǎn)擊：返回列表

科技日?qǐng)?bào)訊（記者張夢(mèng)然）生命起源是科學(xué)界迄今無(wú)法破解的謎團(tuán)。其中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，地球上生命的歷史有多少被“遺忘”了？某個(gè)物種通過(guò)生化反應(yīng)逐漸消失很常見(jiàn)，如果這種情況發(fā)生很多物種中，那么生命化學(xué)史上可能會(huì)充斥著缺失的反應(yīng)。現(xiàn)在，日本東京工業(yè)大學(xué)地球生命科學(xué)研究所和美國(guó)加州理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)，正在揭示從簡(jiǎn)單化學(xué)分子到復(fù)雜生物分子過(guò)程中，這些被“遺忘”的化學(xué)反應(yīng)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·生態(tài)與進(jìn)化》上。
 
早期地球富含硫化氫、氨和二氧化碳等簡(jiǎn)單化合物。數(shù)十億年前，這些簡(jiǎn)單分子是生命誕生的原材料來(lái)源。隨著進(jìn)化，生化過(guò)程逐漸將這些前體轉(zhuǎn)化為至今仍能發(fā)現(xiàn)的化合物。這是最早的代謝途徑。
 
為了解地球上生命進(jìn)行過(guò)哪些類(lèi)型的化學(xué)反應(yīng)，團(tuán)隊(duì)需要一份所有已知生化反應(yīng)的清單。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)已編目的超過(guò)12000種生化反應(yīng)，他們開(kāi)始模擬新陳代謝的逐步發(fā)展。
 

以往這類(lèi)研究始終未能產(chǎn)生生命使用的最廣泛、最復(fù)雜的分子。解決這一問(wèn)題的方法是人為加入現(xiàn)代化合物，推動(dòng)停滯的化學(xué)反應(yīng)。研究人員在廣泛分析搜尋后，找到了整個(gè)生命化學(xué)中最重要的分子之一：三磷酸腺苷 （ATP）。

 
ATP是細(xì)胞的能量貨幣，但它具有獨(dú)特的屬性：形成ATP的反應(yīng)本身需要ATP。換句話(huà)說(shuō)，除非ATP已經(jīng)存在，否則當(dāng)今的生命沒(méi)有其他方式來(lái)制造ATP。這種循環(huán)依賴(lài)性，是模型停止的原因。
 
團(tuán)隊(duì)此次解決了“ATP瓶頸”。事實(shí)證明，ATP的反應(yīng)部分與無(wú)機(jī)化合物多磷酸鹽非常相似。通過(guò)允許ATP生成反應(yīng)使用多磷酸鹽代替ATP，幾乎所有當(dāng)代核心代謝都可實(shí)現(xiàn)。然后，團(tuán)隊(duì)成員可估計(jì)所有常見(jiàn)代謝物出現(xiàn)的歷史年代，并推進(jìn)有關(guān)代謝途徑的深入研究。
 
研究人員指出，人們可能永遠(yuǎn)無(wú)法確切知道，究竟有多少生化反應(yīng)隨時(shí)間流逝而消失。但新研究獲得了一個(gè)重要證據(jù)：只需要8種新反應(yīng)，就可將地球化學(xué)和生命化學(xué)聯(lián)系起來(lái)。這意味著，即使是已經(jīng)消失的反應(yīng)也能從現(xiàn)代生化反應(yīng)留下的線(xiàn)索中重新發(fā)現(xiàn)。 

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