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没有磷酸盐也能有生命

 

图片来源:Daniel Segrè等

生命起源的一个大秘密是,在没有磷酸盐的早期地球上,磷酸盐如何成为遗传和细胞新陈代谢机制的基本建构模块。近日,刊登于《细胞》期刊的研究显示,科学家使用系统生物学方法解开了这个古老谜题,数据证据显示,远古生命可能并不依靠磷酸盐。相反,一种简单且数量丰富的分子促使硫基无磷新陈代谢的出现,最终形成了有能力支撑多种重要生物分子合成的生化反应网。

磷酸盐对所有现代生命形式都是必不可少的,从提供DNA主链到驱动细胞的能量源三磷酸腺苷(ATP),磷酸盐是关键的生物结构单元,而且,这种化学物质广泛参与了新陈代谢、生化反应。但科学家认为,在生命起源以前没有这种物质。于是,有人假设早期的代谢途径并不依赖磷酸盐,而矿物质表面的硫和铁被认为能完成催化和能量机能。

为了找到答案,美国波士顿大学的Daniel Segrè及同事,使用计算生物学系统构建了复杂新陈代谢网络的大型数据库,包含来自地球整个生物圈的所有已知的生化反应。然后,探索了所谓的“生物圈水平新陈代谢”,研究人员鉴定了在生命起源以前环境中可能发现的8个无磷化合物。

接下来,他们使用一种算法分析了这些分子如何反应,以形成新的代谢物。分析结果显示,一些简单化合物可能促进了不依赖磷酸盐的的代谢网络。该网络包括315个反应和260个代谢物,足以支撑主要生物分子的合成。而且,这种新网络富含铁—硫簇酶,支持了“铁硫世界假说”。他们还发现,硫酯可能会起到磷酸盐在现代生物化学中发挥的一些作用。

这些非实验证据并没有最终回答无磷生命起源问题。下一步,研究人员将继续使用该方法探索生命起源。(来源:科学网 唐一尘)


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