生命“电池”的进化史

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lbwang2009
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  现在很多设备都要用电池来储存电能,这样才好随身携带。从广义上讲,其实每一个生物体,包括人,都是一台储能机器。我们需要先把从食物中摄取的能量储存起来,以便在活动中一点一点释放。要是不能储存,那我们就像直接与插座相连的机器一样,在吃完饭那一阵子,抽风似的一阵乱动,等能量消耗完,就躺在地上像面粉袋一样软塌塌动弹不得了。
  今天,在生命体中最普遍的储能分子是ATP,这一形式被成千上万的复杂生物所采用。但这种储能分子最早是如何进化来的?要知道,制造ATP和让它释放能量这个过程涉及很多酶,而最早的生命显然不可能复杂到这种程度。所以研究者认为,在ATP出现之前,一定还存在一种更简单的储能分子。
  陨石从天外带来了磷
  根据英国一位科学家的看法,最早的储能分子可能是一种叫“焦亚磷酸酯”的分子。这种化合物含磷、氧和氢等元素。它有着很多类似ATP的化学性质,但比ATP更活泼,不需要酶也能工作。
  不过,这种观点遇到一个难题,即在早期地球上,磷元素都以不溶于水的矿物形式存在,根本没办法被生命直接利用来制造焦亚磷酸酯。
  没想到,天外来客——陨石解决了这个难题。为了看看在陨石频降的早期地球上,焦亚磷酸酯能否自动形成,这位科学家研究了一块掉落在西伯利亚的陨石。这块陨石富含磷。他从陨石上敲下一些碎片,置于采自冰岛火山湖的酸性湖水中,——在化学成分上,这种湖水据认为与原始地球上的水是十分相近的。在水中浸泡了4天之后,他发现,陨石碎片上分解出大量亚磷酸盐。把水弄干后,就形成了焦亚磷酸酯。从这个实验中看出,在早期地球上,最早的储能分子焦亚磷酸酯是很容易合成的。
  关于地球生命的起源,很早就有一种说法,认为地球生命是陨石直接从外星带来的。现在我们看到,就算生命是自己在地球上进化来的,陨石所起的作用也一样非常重要。
  储能方式的进化
  不过,焦亚磷酸酯是最早的储能分子的观点,在研究生命起源的科学家中引起了争论。最大的问题是,所有现代生命的储能分子,比如动物和植物用的ATP,大多数微生物用的焦磷酸酯,里面的磷跟焦亚磷酸酯中的磷,化合价是不同的。
  因此之故,许多研究者倾向于认为,焦磷酸酯才是最有可能的最早储能分子。但这种看法面临的难题也颇多。焦磷酸酯肯定是由磷酸盐反应合成的,但磷酸盐很活泼,在地球表面不可能存在很久。而且,焦磷酸盐本身还能跟水发生反应。
  最近的一项研究有望结束这一争论。科学家发现,焦亚磷酸酯在生命体内很容易变成焦磷酸酯。所以事情很可能是这样:最早的生命先是用焦亚磷酸酯来储存能量,等待生命进化到一定阶段,就能够把焦亚磷酸酯变成焦磷酸酯,然后改用焦磷酸酯来储存能量了,再进化下去,就出现了ATP。
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