海底火山喷口可能提供了生命形成的必要元素。图片来源：NOAA/Wikipedia 科学家们长久以来一直在思考生命是如何从无机化学物质的原始汤中产生并开始繁殖的。这个过程的一个关键组成部分是 DNA，它告诉细胞如何形成以及做什么。DNA 指导有机过程，但 DNA 本身是有机反应的结果。那么，哪个先出现呢？这是一个关于鸡和蛋的微生物学版本。2014 年，剑桥大学的一群科学家通过证明，在生命出现之前，早期海洋中就可以发生产生 DNA essential parts 的代谢反应，从而为这个古老的问题提供了一个答案。研究人员利用早期沉积物样本重构了数十亿年前的地球海洋，他们发现可用的成分可以反应形成对生命至关重要的重要有机化合物，就像我们今天的身体一样。
早期海洋拥有生命的火花
现在，研究人员在《科学进展》杂志上发布了新发现，显示了另一项重要细胞功能的证据。早期海洋不仅能够完成有机反应链，还能够调节它们。在我们体内启动和停止生物过程的能力对我们的生存至关重要，并确保我们维持体内平衡的状态。如今，酶负责催化和调节我们体内的关键功能，例如新陈代谢。没有催化剂，许多有机反应的发生速度将远远不够维持生命。这也就是酶如何调节身体功能——没有酶就没有反应。通过对地球早期海洋中发现的元素进行 4000 多次质谱和核磁共振实验，研究人员发现了两种可能调节古代海洋环境中机有机反应的变量：pH 值和铁浓度。由于缺乏氧气阻止了氧化，早期海洋的铁含量远高于今天。研究人员此前发现，早期海洋中发现的一种铁形式可以像今天的酶一样充当催化剂，从磷酸盐和其他物质中产生糖。现在他们发现，铁的催化特性也使其能够像酶一样调节反应。研究人员发现，pH 值可以通过改变发生的反应来在调节有机功能方面发挥重要作用。碱性溶液导致了戊糖磷酸的产生，这是氨基酸生产的初始步骤，而中性 pH 值则刺激了糖酵解，这是形成 ATP 的过程的一部分。
创造生命的第一个步骤
总而言之，这两个无机系统说明了早期元素可以形成代谢网络的开端，代谢网络是我们身体从食物中获取营养并将其转化为身体可用的化合物（如 ATP 和 DNA）的一系列过程。在我们体内，酶通过充当催化剂来调节这些过程——本质上是选择这些反应是否发生。数十亿年前，铁可能发挥了相同的目的，证明了在没有活细胞的情况下也能形成代谢网络。虽然没有直接证据表明古代海洋中铁催化的反应导致了生命的诞生，但我们现在有了理论证明，无机分子可以形成 DNA 等有机化合物。而且，无论你是鸡还是蛋，你仍然需要 DNA。
