地球生命可能「誕生咗兩次」？激進新研究改寫生命起源故事

資深作者威廉·馬丁（William Martin）用一句話總結咗呢個發現：「我哋見到嘅係一個遺傳密碼嘅起源，但係兩個生命嘅起源。」

LUCA根本唔係「完全活著」

傳統嘅生命樹圖像，將LUCA描繪成一棵樹嘅根部，所有生命從呢度分支出去。呢項新研究描繪嘅圖景就複雜得多。團隊比較咗所有主要細菌同古菌群體嘅基因組，追溯咗啟動核心代謝反應嘅酶嘅來源——呢啲代謝反應係從氫氣、二氧化碳、氨同磷酸鹽呢啲簡單分子，建構出氨基酸、RNA鹼基同輔因子嘅關鍵化學過程。

佢哋發現，LUCA只有大約一半（約420種）核心代謝反應需要嘅酶。另一半反應嘅催化劑唔係酶，而係熱液噴口環境中天然存在嘅金屬，例如鐵、鎳同鈷。呢個發現意味住，LUCA如果冇外部幫助，根本冇辦法維持自己嘅代謝——佢唔係一個自主、自由生活嘅細胞。

「令人驚訝嘅係，催化呢啲反應嘅酶，喺分隔細菌同古菌嘅演化鴻溝兩邊，並冇被保留下嚟，」馬丁向《科學美國人》解釋。

早期催化作用嘅四個階段

研究人員重建咗一個由四個階段組成嘅早期催化演化過程，解釋咗點樣由非生命化學過渡到現代細胞：

1. 純金屬反應階段： 最早嘅時期，純粹嘅無機金屬催化咗簡單嘅代謝反應。
2. 金屬-酶混合階段（LUCA）： LUCA出現，佢有啲原始酶，但仍然依賴環境金屬嚟進行好多關鍵反應。
3. 分歧階段： 細菌同古菌嘅祖先開始分道揚鑣，各自繼承咗LUCA部分嘅酶工具箱。
4. 獨立酶演化階段： 細菌同古菌各自獨立演化出結構全新嘅酶，嚟取代原本依賴嘅金屬催化劑——每個分支都用唔同嘅方法解決相同嘅代謝問題。

呢個獨立演化出酶嘅證據，就係證明細菌同古菌喺佢哋嘅演化路徑已經分開之後，各自獨立完成咗向自由生活、自主細胞轉變嘅關鍵。

ATP出現之前，早期生命點樣運作？

現代細胞用三磷酸腺苷（ATP）作為通用能量貨幣。但ATP本身係一個複雜嘅分子，需要酶先製造到——喺生命出現之前嘅早期地球，根本冇ATP。咁最初嘅代謝反應靠咩驅動？

呢項研究發現咗一個令人驚訝嘅候選者：亞磷酸鹽（phosphite），一種喺熱液噴口中發現嘅磷形式。當亞磷酸鹽同有機化合物反應，並由天然存在嘅**鈀（palladium）**金屬催化，就可以喺水中驅動代謝磷酸化反應。呢個系統可能喺酶同ATP出現之前，就已經為早期代謝提供動力，提供咗一條由地球化學過渡到生物化學嘅可行路徑。

重新定義生命樹

傳統嘅生命樹將LUCA放喺單一樹幹嘅底部，所有生命從呢度分支出去。新嘅發現提出咗一個完全唔同嘅畫面：

• 一個遺傳密碼嘅起源。 所有生命都共享一個從LUCA繼承落嚟嘅遺傳基礎——同樣嘅DNA、RNA同基本嘅蛋白質建造機制。
• 兩個自由生活生命嘅起源。 由非生命化學物質到自主、自給自足細胞嘅轉變，發生咗兩次，而且係獨立發生嘅，分別喺細菌同古菌嘅演化路線中。

呢個意味住，所謂嘅「樹」可能更加似一個叢林，有兩條獨立嘅樹幹從一個共享嘅、非生命嘅基礎上生長出嚟。研究團隊喺論文中講得好直接：「新數據只得一個結論：細菌同古菌嘅演化路線，係各自獨立過渡到自由生活狀態。只有自由生活嘅細胞先算係『活著』。實話實說：我哋見到嘅係一個遺傳密碼嘅起源，但係兩個生命嘅起源。」

對外星生命搜索嘅啟示

如果生命喺地球上都可以出現超過一次，咁對天体生物學就帶出咗深層次嘅問題。呢個發現暗示，由非生命化學物質到活細胞嘅呢一步，可能比以前想像中更加容易達到——或者相反，可能需要極其特定嘅環境條件，例如熱液噴口中獨特嘅富含金屬化學環境。

需要注意嘅限制同未解之謎

雖然呢項研究好震撼，但仍然有啲限制。分析主要依賴細菌嘅基因組數據；古菌基因組嘅取樣冇咁全面，可能會影響結論。此外，亞磷酸鹽同鈀喺早期代謝中嘅角色，目前仲係一個合理嘅化學模型，而唔係一個已經證實嘅古老路徑。實驗室入面都仲未有人成功展示由金屬催化反應到酶驅動代謝嘅完整轉變。

儘管如此，呢項研究仍然係目前對生命最早代謝網絡點樣組合嘅最詳細重建之一——而且佢話畀我哋知，生命嘅起源可能比任何人想像中更加混亂、更加依賴偶然、更加令人驚嘆。