科學家確定可能引發地球上生命的物質

計算機渲染圖顯示了連接兩個關鍵鎳原子（橙色）的骨架氮原子（藍色）。鑒定出這一部分蛋白質的科學家認為，這可能為探測即將產生生命的行星提供線索。Credit: The Nanda Laboratory
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by Rutgers University）：羅格斯大學(Rutgers)的一個科學家小組致力於確定新陳代謝的原始起源——最初為地球上的生命提供動力的一係列核心化學反應——已經確定了一種蛋白質的一部分，這種蛋白質可能為科學家提供線索，以探測瀕臨產生生命的行星。
羅格斯大學高級生物技術和醫學中心(CABM)的研究員Vikas Nanda說，這項在科學進展發表的研究對尋找外星生命具有重要意義，因為它給了研究人員一個新的線索。
基於實驗室研究，羅格斯大學的科學家們表示，最有可能啟動生命的化學候選物之一是一種含有兩個鎳原子的簡單肽，他們稱之為“鎳背”，不是因為它與加拿大搖滾樂隊有任何關係，而是因為它的主鏈氮原子結合了兩個關鍵的鎳原子。肽是蛋白質的一個組成部分，由一些稱為氨基酸的基本構件組成。
“科學家認為，在35億至38億年前的某個時候，有一個轉折點，啟動了從生命之前的分子化學到有生命的生物係統的變化，”南達說。“我們認為這種變化是由一些小的前體蛋白引發的，這些蛋白在一個古老的代謝反應中執行關鍵步驟。我們認為我們已經找到了這些“先驅肽”中的一種"
進行這項研究的科學家是羅格斯大學領導的團隊的一部分，該團隊名為“地球和微生物祖先中納米機器的進化”(ENIGMA)，是美國宇航局天體生物學計劃的一部分。研究人員正在尋求理解蛋白質是如何進化成為地球上生命的主要催化劑的。

NB的模式結構及其與天然酶的比較。[鎳-鐵]氫化酶(左)(PDB ID: 5XLE)和ACS(右)(PDB ID: 1RU3)是大的複雜蛋白質，具有由幾個配體協調的活性雙金屬位點。NB(中間)的模型結構在一個13殘基多肽中結合了兩個活性位點的元素。Credit: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990
當用望遠鏡和探測器在宇宙中搜尋過去、現在或正在出現的生命跡象時，美國宇航局的科學家們尋找被認為是生命前兆的特定“生物特征”。Nanda說，像nickelback這樣的肽可能成為NASA用來探測瀕臨產生生命的行星的最新生物信號。
研究人員推斷，最初的引發化學物質需要足夠簡單，以便能夠在益生元湯裏自發組裝。但它必須具有足夠的化學活性，才能擁有從環境中獲取能量來驅動生化過程的潛力。
為了做到這一點，研究人員采用了一種“簡化主義者”的方法:他們從檢查已知與代謝過程相關的現有當代蛋白質開始。知道這些蛋白質太複雜，不可能在早期出現，他們將它們削減到基本結構。
經過一係列的實驗，研究人員得出結論，最佳候選人是五分錢。這種肽由13個氨基酸組成，結合兩個鎳離子。
他們推斷，鎳是早期海洋中豐富的金屬。當與肽結合時，鎳原子成為有效的催化劑，吸引額外的質子和電子並產生氫氣。研究人員推斷，氫在早期地球上也更豐富，可能是新陳代謝的關鍵能源。
“這很重要，因為盡管有許多關於生命起源的理論，但這些想法的實際實驗室測試很少，”南達說。“這項工作表明，不僅簡單的蛋白質代謝酶是可能的，而且它們非常穩定，非常活躍——這使它們成為生命的一個似乎合理的起點。”