记者刘霞
地球上的生命是如何起源的一直是一个令人着迷的谜团。科学家们继续研究并提出了几种解释，但仍有一些悬而未决的问题。
近年来，科学家们一直在实验室中竞相模拟大约40 亿年前早期地球的条件，并重现导致生命诞生的化学反应。在最近的一份报告中，物理学家组织网络总结了过去五年来生命起源方面的五项重要进展，或许可以让人们一睹其独特的神秘面纱。
早期细胞内反应是自我维持的
德国杜塞尔多夫大学的科学家们着手解开这个谜团，驱动化学反应的能量是什么？
研究小组使用了早期地球上可能存在的一些最常见的元素，研究了402 个已知的产生核苷酸的反应，核苷酸是生命的组成部分。这些反应不仅存在于现代细胞中，而且被认为是“卢卡”（所有预分化物种的最后共同祖先）的核心代谢机制。
研究人员计算了每个反应的自由能变化。自由能决定了反应是否可以在没有其他外部能源的情况下进行。事实证明，许多这些反应可以在没有外部能源（例如三磷酸腺苷）的情况下进行。这意味着生命基本构件的合成是自主发生的，不需要外部能量。
地热热流促进生物分子组装
生命是如何在地球的原始环境中出现的？答案可能与——条岩石裂缝有关，这是地球早期地质结构的一个特征。这些裂缝在早期地球上很常见，热流经常穿过它们，产生温度梯度。
德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的一个团队此前在期刊《自然》 上发表了一篇论文，表明通过岩石裂缝的热流可以净化与生命化学起源相关的分子。这项研究可以解释生命的第一个组成部分是如何由复杂的化学混合物形成的。
研究人员建立了一个实验装置来模拟这种自然现象。该装置包含小至170 微米的裂缝，以模拟地壳中的裂缝网络。他们使用该设备来处理氨基酸、核碱基和核苷酸的混合物。通过在裂缝中产生温度梯度，研究人员能够从混合物中分离出50 多个与生命起源相关的分子。这一结果证明，即使很小的温差也可以根据分子结构的细微差异来分离或组装特定分子。
火山玻璃促进RNA合成
RNA可能是地球上出现的最古老的遗传物质，但它在地球上的出现方式一直让研究人员感到困惑。
2023年，应用分子进化基金会的科学家宣布他们在实验室中生成了一条稳定的RNA链。研究表明，当三磷酸核苷通过玄武岩玻璃过滤时，会形成长度为100 至200 个核苷酸的长RNA 链。这些RNA链足够长来存储和传输信息。
该论文的合著者斯蒂芬·班纳指出，由于频繁的陨石撞击和活跃的火山活动，在整个早期地球中都发现了火山玻璃。这项研究的重要性在于了解早期地球上有机小分子转化为RNA 的整个过程。它表明一两个含碳分子可以通过单一地质过程形成足够长的RNA。这是进一步进化的可能性。
热液喷口或有机分子温床
将无机物转化为有机物的化学反应称为“固碳”。碳固定对于构建生命的基石至关重要。那么，原来的无机物是如何转变为有机物的呢？
为了促进该反应，供体必须提供电子。氢气可能是早期地球上的电子供体。研究表明，现代生物体通过乙酰辅酶A途径将氢和二氧化碳结合形成有机分子。然而，现代生物体使用由15000个氨基酸组成的11种酶来进行乙酰辅酶A途径，而这种“酶”并不存在于地球上的原始生物体中。
一个国际科研团队发表研究论文指出，这种反应可以自发发生，类似于早期深海碱性热液喷口周围的环境，有利于反应的进行。他们使用微流控装置来完成这项实验工作。
细胞膜的成分自发形成
无论生命是在陆地上的温泉还是在深海中出现，如果没有细胞膜，促进生命形成的反应就不会进展得太远。
现代细胞膜主要由称为磷脂的化合物组成，其包含一个亲水性头部和两个疏水性尾部。它们具有双层结构，亲水性头部朝外，疏水性尾部朝内。
研究表明，磷脂的某些成分，例如构成尾巴的脂肪酸，可以在各种环境条件下自组装形成这些双层细胞膜。但是，早期地球上是否存在—— 种脂肪酸（细胞膜的组成部分）？
英国纽卡斯尔大学的一项新研究中，研究人员发现，古代碱性热液喷口中可能存在的富含氢的液体和类似于早期海洋中存在的二氧化碳与富含碳的水结合在一起。证明了二氧化碳的自发产生。这些分子的形成过程。这项研究与稳定脂肪酸可能起源于碱性热液喷口并发育成活细胞的假设是一致的。
来源：科技日报
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