科学家发现了生命构成要素的起源

诸平

Fig. 1 A fold (shape) that may have been one of the earliest proteins in the evolution of metabolism. Credit: Vikas Nanda/Rutgers University

据美国罗格斯大学(Rutgers University) 2020年3月16日提供的消息，罗格斯大学的研究人员发现了负责新陈代谢的蛋白质结构的起源：这些简单的分子为地球的早期生命提供了能源，美国国家航空航天局可以利用这些化学信号在其它星球上来探寻生命迹象。他们的研究预测了35亿到25亿年前的最早蛋白质，相关研究结果发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上——Hagai Raanan el al. Small protein folds at the root of an ancient metabolic network. PNAS, 2020. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1914982117.图1是罗格斯大学提供的可能是新陈代谢过程中最早的蛋白质之一的折叠（形状）图。

科学家们像破解数千个难题一样，追溯了从现在到很久以前的酶（蛋白质）的进化。解决这个难题需要两个缺失的部分，没有它们，地球上的生命就不可能存在。通过建立一个由它们在新陈代谢中的角色联系起来的网络，该团队发现了缺失的部分。

罗格斯大学罗伯特伍德·约翰逊医学院（ Rutgers Robert Wood Johnson Medical School）生物化学与分子生物学教授、高级生物技术与医学中心（Center for Advanced Biotechnology and Medicine）的常住教师，也是PNAS论文的合著者维卡斯·南达（Vikas Nanda）说：“我们对地球上生命的起源了解甚少。这项工作使我们能够深入了解时间并提出最早的代谢蛋白质。我们的预测将在实验室进行测试，以更好地理解地球生命的起源，并告知生命可能如何起源于其它地方。我们正在实验室中建立蛋白质模型，并测试它们是否可以触发对早期代谢至关重要的反应。”

由罗格斯大学领导的被称为地圈和微生物祖先中的纳米机器的进化（Evolution of Nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors，ENIGMA）的科学家小组，正在通过NASA资助并通过NASA天体生物学计划的成员进行这项研究。ENIGMA项目旨在揭示最简单的蛋白质在催化生命的早期阶段的作用。

ENIGMA首席研究员，罗格斯大学新不伦瑞克大学（Rutgers University-New Brunswick）特聘教授,领导环境生物物理学和分子生态实验室的保罗·G·福尔科夫斯基（Paul G. Falkowski）说：“我们认为生命是由很小的构件构成的，像乐高玩具一样出现，可以制造细胞和像我们这样的复杂生物体。” “我们认为我们已经找到了生命的基石-乐高积木最终导致了细胞，动物和植物的进化。”

罗格斯大学的研究小组着重研究了两种蛋白质“折叠”，它们可能是早期新陈代谢的第一个结构。它们分别是结合铁硫化合物的铁氧化还原蛋白折叠（ferredoxin fold）和“罗斯曼”折叠（"Rossmann" fold），前者与铁硫化合物结合，后者与核苷酸(DNA和RNA的组成部分)结合。这是生命进化过程中必须解决的两个难题。

蛋白质是氨基酸链，氨基酸链在空间中的三维（3-D）路径称为折叠。铁氧化还原蛋白也称为铁氧还蛋白，它是存在于现代蛋白质和穿梭于细胞周围的电子以促进新陈代谢的金属。电子在固体、液体和气体中流动，为生命系统提供动力，而同样的电动力必须存在于任何其他有可能支持生命的行星系统中。有证据表明，这两种折叠可能共享一个共同的祖先，如果是真的，祖先可能是生命中第一个代谢酶。更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Scientists identify protein that may have existed when life began

Modular origins of biological electron transfer chains