生命的起源究竟是什么样的？在一篇新的观点文章中，科学家们提出了一种通过研究电子传递链的早期进化来探讨这一问题的策略，这是一种历史悠久的普遍代谢方式。这篇论文发表在《美国国家科学院院刊》上。
尽管在过去几十年中取得了显著进展，生命起源依然是科学界未解的重大难题之一。奥伯林学院的生物学副教授亚伦·戈德曼表示：“生物的基本特征在于生物体由细胞构成，通过DNA传递遗传信息，并利用蛋白质酶进行新陈代谢，这些特征都是在早期进化过程中通过特定机制形成的。”
“深入了解这些基本生物系统的形成，不仅能帮助我们理解生命在最基本层面上的运作方式，还能让我们更清楚生命的本质，以及如何在地球之外寻找生命的迹象。”
关于生命最初如何出现的问题，通常通过模拟早期地球环境的实验室实验来研究，寻找能够生成与现代生物体中相同类型的生物分子和代谢反应的化学物质。这种方法被称为“自下而上”，因为所用材料可能存在于生命起源之前的地球上。尽管这些“生命前化学”实验成功地展示了生命“可能”起源的方式，但并未揭示生命的真实起源。
与此同时，其他研究利用进化生物学的技术，基于现存生命的数据，重建早期生命形式的可能样貌。这种方法被称为“自上而下”，能够揭示地球生命的历史。
然而，自上而下的研究只能追溯到现存生物体中的基因，因此无法一直追溯到生命的起源。尽管各自存在局限性，自上而下和自下而上的研究都致力于揭示生命起源的共同目标，理想情况下，他们的答案应集中在一组共同的条件上。
Goldman、Laurie Barge（NASA喷气推进实验室的天体生物学研究科学家）及其同事发表的一篇新文章试图弥合这一方法论的差距。作者认为，将自下而上的实验室研究与早期生命形式的自上而下的进化重建相结合，可以揭示生命如何真正起源于早期地球。
在他们的文章《电子传递链是进入进化早期阶段的窗口》中，作者描述了一个对现代生命至关重要的现象，能够通过结合自下而上和自上而下的研究来探讨：电子传递链。
电子传递链是一种代谢系统，从细菌到人类，整个生命树的生物体都利用它来产生可用的化学能。不同类型的电子传递链专门针对每种生命形式及其能量代谢：例如，我们的线粒体包含与异养（食物消耗）能量代谢相关的电子传递链，而植物则拥有与光合作用（从阳光中获取能量）完全不同的电子传递链。
在微生物世界中，生物体使用多种电子传递链与不同的能量代谢相关联。尽管存在这些差异，作者从自上而下的研究中提供了证据，表明这种代谢策略被最早的生命形式所采用，并提出了几个可以追溯到早期进化史的祖先电子传递链模型。他们还调查了当前自下而上的证据，表明即使在我们已知的生命出现之前，矿物和早期地球的海水也可能促进了类似电子传递链的化学反应。
受到这些观察结果的启发，作者概述了未来的研究策略，即对电子传递链的早期历史进行自上而下和自下而上的综合研究，以更好地理解古代能量代谢及更广泛的生命起源。
这项研究是由喷气推进实验室的Barge领导的多研究所跨学科团队在过去五年中取得的成果，他们研究了早期地球地质环境中代谢反应的形成。
该团队之前的工作已经调查了，例如，由矿物驱动的特定电子传递链反应（由JPL研究科学家Jessica Weber领导）；古老酶如何在其活性位点结合益生元化学（由戈德曼领导）；以及在极度受限环境下的微生物代谢（由南加州大学的Doug LaRowe领导）。
“新陈代谢的出现是一个跨学科的问题，因此我们需要一个跨学科的团队来研究，”Barge说。“我们的工作结合了化学、地质学、生物学和计算建模等技术，将自上而下和自下而上的方法结合起来，这种合作对未来研究益生元代谢途径至关重要。”
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