地球生命起源于氢能

科技日报北京12月13日电 （记者张梦然）生命起源时的第一个化学反应是如何开始的？它们的能量来源是什么？德国杜塞尔多夫大学（HHU）的研究人员重建了现代生物分化前的最后共同祖先“露卡”（缩写为LUCA）的新陈代谢。他们发现并确定了长期寻求的、推动这些反应向前发展所需的能量来源，它就是一直隐藏在众目睽睽之下的氢气。

在实验室中，HHU分子进化研究所的威廉·马丁教授团队使用海底热液喷口中发现的催化剂和条件进行化学实验，以研究氢气与二氧化碳之间的反应。他们在计算机上开发了一种分子考古学形式，使他们能够发现保存在现代细胞的蛋白质、DNA和化学反应中的许多不同的原始生命痕迹。

研究人员此次不是着眼于基因，而是着眼于生命本身化学反应中所包含的信息。他们确定了402种代谢反应，这些反应自大约40亿年前生命起源以来几乎没有变化。因为这些反应对所有细胞都是共同的，所以它们也存在于LUCA中。

在最原始的现代细胞中，一些化合物由现代环境中存在的简单分子合成，这些分子也存在于早期地球的热液喷口中：氢、二氧化碳和氨——这代表着LUCA的代谢网络。

发表在《微生物学前沿》上的研究结果表明，LUCA的新陈代谢不需要外部能源，例如紫外线、陨石撞击、火山爆发等。相反，在许多现代海底热液喷口的典型环境中，新陈代谢反应向前发展所需的能量源于新陈代谢本身。换句话说，几乎所有LUCA的新陈代谢反应都是自己释放能量的：生命的能量源于生命本身。

研究人员解释称，在“失落之城”——大西洋中部产生氢气的热液场环境中，大约95%—97%的LUCA代谢反应可以自发地进行，不需要任何其他能源。在热液系统的黑暗深渊中，氢气是“化学阳光”。现代能源技术正在研究利用与生命完全相同的氢特性。只是生命拥有40亿年的“氢技术经验”，而人类才刚刚起步。

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LUCA，现存生物的共同的基本祖先，一个没有留下过化石痕迹的实体。热液生态系统，则位于黑暗冰冷的洋底。那里并不寂寞，甚至生机勃勃，活跃着管状蠕虫、海葵等生物。研究人员使用海底热液喷口中发现的催化剂和条件进行化学实验，确定了一些自生命起源以来就几乎没有变化过的代谢反应，并推断LUCA的新陈代谢不需要外部能源，和热液喷口生态系统一样，它们用氢能。这一发现不仅在解答生命起源之谜，也为人类提供了氢能源利用的一种高级又原始的思路——仿生。