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氢气是地球生命之父 原创
2016-07-27
孙学军
氢思语
最新德国科学家的研究再次证明，地球原始生命能量来自氢气。如果说水是地球生命之母，是生命形成的环境和组成的基础，那么作为原始生命能量的基本来源，氢气就是地球生命之父。 生命的父母都有了，那么氧气是生命的什么，我曾经讨论过这个问题，没有氧气人活不了，没有氢气人活不好。“没有氧活不了，没有氢活不好！” 的含义。或许可以作为这个问题的一种解释。从生命起源上，并没有氧气的参与。但是氧气是地球生命，尤其是复杂多细胞生命进化产生的基础和原动力，到人类等复杂生命，氧气已经成为生命不可缺少的物质。氧气对需氧生物所以重要，是因为氧气是需氧生物细胞唯一的电子最终接受体，其实就是氧化剂，而且这个氧化剂和电子结合能形成水。其实氧气的重要是因为在能量代谢中的高效性，是生命进化过程中对环境有害因素的最合理整合，变敌人为助手的典型案例。从这个角度看，氧气只是复杂生命进化的助产士，是生命的战士或奴隶。 按照古希腊哲学家亚里士多德和现代进化论的观点，地球生命起源于共同的祖先，但是这个祖先怎么来的，到底长什么样，依赖什么生活，都属于科学谜团。科学家也一直没有放弃努力，试图破解这些秘密。地球生命始祖的能量来源，比较公认的是来自氢气。最近来自德国海因里希海涅大学分子进化研究所的科学家William F. Martin课题组在《自然微生物》杂志发表论文，对原始生命围绕氢气为能源进行代谢的关键蛋白进行的探索性研究，取得了重要进展，并再次确认了氢气作为原始生命能量来源的理论。 http://www.molevol./prof-dr-w-f-martin.html 形成地球原始生命的物理化学环境可能永远不能重现，但是形成现代细胞生命前的原始生命，原始微生物或前微生物一定会在后代细胞中保留下基因痕迹。这给遗传学和微生物学家研究生命起源带来了可能。科学家对近2000种现存微生物基因组进行对比分析发现，这些微生物确实存在共同的祖先基因，这些祖先基因提示，原始生命是一种依靠氢气作为能源物质的嗜热微生物，其生活环境极端缺氧，类似于海底火山附近发现的微生物。
最新遗传研究揭示了一些关于原始生命特征，这些生命和现代细胞类似的地方包括：使用DNA作为遗传物质、能合成蛋白质、使用ATP为能量货币。但利用遗传学很难知道这些生物的具体生活模式。因为微生物不仅将基因传递给后代，还可通过水平基因转移和其他微生物进行基因交换。这造成很难分辨基因是来自共享祖先还是来自一些邻居细胞的基因交换“污染”。为克服这一局限，William Martin教授课题组采取了更严格方法来确定原始基因，这种方法能确定是遗传而不是来自杂交。基本标准是这种基因至少必须来自两种细菌和两种古菌，这代表这种基因是细菌和古菌的共同祖先基因。根据初步分析把600万个基因分成28.6万个相关基因家族。进一步分析显示，只有355个基因组成的家族广泛分布在所有的现代生物，这些基因可从一个祖先跟踪到所有后代。这些基因家族就是原始祖先生命的基因候选者。 Martin教授等最近刚刚在《自然微生物》报道了他们的研究成果，研究发现，共同始祖生命基因并不是随机地散发在现代生物体，而是成群分布，这反映出这些原始生命的最基本代谢特征依然被保留下来。（注：或许不是《自私的基因》，而是自私的基因组，或者自私的基因群）。这些蛋白具有的功能包括厌氧代谢、二氧化碳固定、依赖氢气为能源的Wood–Ljungdahl代谢通路，也具有固氮和嗜热等代谢特点。基因功能分析发现，这些原始生命是非常喜好炙热环境，依靠氢气为食维持生活。提示原始生命生活在极端乏氧的环境，这当然和现在的地球富氧环境差别巨大。但科学家知道，40亿年前地球刚形成后不久，流星和彗星雨稳步减少，海洋定期沸腾，地球大气中缺乏氧气。这一研究结果也与过去许多研究相互印证。今天地球上仍然有许多微生物能制造氢气，但是因为原始生命比现存微生物更古老，它们不是利用同伴，而是利用来自地球内部释放的氢气作为能源，现在的海底火山仍然能发现大量氢气释放。 加州大学洛杉矶分校进化生物学家James Lake认为，这一新研究是非常重要的进展，Lake也提出原始生命和两种现代微生物分享生活方式，它们是梭状芽胞杆菌和产甲烷菌，产甲烷菌就是食用氢气的古菌，它们都大量分布在人类等动物的肠道内，这说明虽然原始生命早就不在，但它们的近亲仍然和我们生活在一起。 Wood-Ljungdahl通路。
原始生命共同祖先思想
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