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美科学家提出地球生命起源的新理论
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据Physorg网2006年5月12日报道：最近，美国宾夕法尼亚州立大学的两个实验室联合提出一种全新的理论，揭示生活在幽暗海底的微生物是如何通过代谢途径将一氧化碳转化为甲烷和醋酸的机理。他们的发现不仅提出了一种全新的生物化学反应过程，同时也成为启发地球生命起源的新理论基础。这个新的“热力学”进化理论调和了长期以来存在争议的一对主流理论，为早期进化中的能量守恒研究提供重要的理论支撑。这项研究结果也使科学家深入掌握了微生物产生甲烷（天然气的主要组成部分）的演变过程。 对甲烷生物合成过程的详细了解为开发新型替代能源奠定了基础，也为进一步发展使用低成本可再生生物质转化清洁燃料提供可能。 该研究由宾夕法尼亚州立大学的生物化学和分子生物学教授詹姆斯·费里和地球科学教授克里斯托弗·豪斯共同完成。6月份出版的《分子生物学与进化》杂志将发表他们的这一新理论。该杂志的主编威廉·马丁表示，该项发现是一个非常重大的贡献，并且是交叉学科联合研究的杰出典范。 费里教授介绍说，科学家采用了一种新的方法从热力学的角度来思考生命演化的过程，它重塑了以往有关生命起源的两大理论，展示出这两大理论的重叠部分，并对两者做了重要延伸。有关生命起源中“异养”和“自养”理论的主要矛盾集中于第一次出现的原始生命的化学构建模块如何组装成复杂分子的基础化学过程。费里教授认为这不是什么真正早期演变的动力，没有人认真考虑热力学因素。 分子生物学家马丁教授表示，早期的能量来源问题已经在很大程度上被经典生命起源研究领域所忽视，但这主要是化学的研究领域。只有微生物学家知道研究现代活的微生物是获得生命起源信息的唯一途径。 根据异养理论，在诸如闪电等一类非生物能源的作用下，简单分子的原始状态首先出现，并最终产生了原始的生命形式。这个理论的一个很大难题在于，种类繁多的复杂有机分子必须自发地产生。相比之下，自养理论认为原始生命自身形成，或伴随着铁和硫矿物质的催化，产生第一个简单的生物分子。但是，这一理论的发展也遇到了阻碍，已经提出的多步骤生化循环证实是结构复杂交错的酶复合物催化了这些原始生命的反应。这两大阵营之间的激烈争论持续了二十年。 通过研究，费里教授发现微生物在海底富含一氧化碳的无氧沉积物中生机勃勃，这项发现有助于打破僵局。生命形式可以在这种环境下诞生，这种独一无二的生化形式可能揭示了地球最初的新陈代谢模式。 其它的微生物通过一氧化碳途径产生甲烷，然而这种特殊的微生物也可以产生醋酸盐。费里和豪斯与东北大学的巴里·卡戈合作，通过研究说明了一氧化碳如何在磷酸转移酶、醋酸激酶等酶的作用下通过生物化学途径转化为醋酸盐。研究人员认为，在含有硫化铁的矿物质中，醋酸盐可以转化为含硫的化合物，将其称为醋酸硫酯。随后，这种含硫化合物转化为醋酸盐时就会释放出一定的生物能量，产生出醋酸盐就标志着完成了一次循环。 正如地球上所有的代谢反应一样，在循环过程中产生的能量以三磷酸腺苷（ATP）的分子形式储存。醋酸激酶可以直接催化合成ATP。大多数ATP分子在细胞膜内由复合酶蛋白产生。能够产生醋酸盐的微生物可能是远古时期微生物的直接后裔。动植物发生历史表明醋酸激酶在远古时期就得以存在，与磷酸转移酶同时发挥作用。 豪斯教授表示，异养与自养理论的长期争论始终围绕着碳的固定展开，新的热力学理论转变了争论的焦点。所有这些进化的途径必须首先产生能量，然后进化固碳。这种观点是一种全新的视角，是真正意义上的里程碑。此外，这项研究论文中还包括费里和豪斯两位教授提出的原生细胞进化成自由生长的细胞的机理。 该项研究得到美国能源部和宇航局天体生物研究所的资金支持。 英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news66660325.html |
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