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生命起源的未解之谜：最早的新陈代谢策略和起源

生命起源仍然是一个科学谜团，研究分为"自下而上"的方法（模拟早期地球环境）和"自上而下"的方法（利用生物进化论追溯生命形式）。最近一篇跨学科文章建议，通过研究电子传递链这一普遍的新陈代谢系统来弥合这两种方法，从而深入了解生命最早的新陈代谢策略和起源。

生命起源仍然是一个科学谜团，研究分为 "自下而上 "的方法（模拟早期地球环境）和 "自上而下 "的方法（利用生物进化论追溯生命形式）。最近一篇跨学科文章建议通过研究电子传递链这一普遍的新陈代谢系统来弥合这两种方法之间的差异，从而深入了解生命最早的新陈代谢策略和起源。

尽管经过多年的发展，生命起源仍然是科学界最持久的谜团之一。

"生物学的最基本特征，即生物体由细胞组成，通过 DNA 传递遗传信息，使用蛋白酶进行新陈代谢，都是在早期进化史中通过特定过程出现的，"欧柏林学院生物学副教授亚伦-戈德曼（Aaron Goldman）说。"了解这些最基本的生物系统最初是如何形成的，不仅能让我们更深入地了解生命在最基本的层面上是如何运作的，还能让我们了解生命最初究竟是什么，以及我们如何在地球之外寻找生命。

生命最初是如何出现的这一问题通常是通过实验室实验来研究的，这些实验模拟早期地球环境，寻找能够产生与我们今天在生物体中看到的相同种类的生物分子和代谢反应的化学物质。这种方法被称为"自下而上"的方法，因为它使用的是前生物时期地球上可能存在的材料。

虽然这些所谓的"前生物化学"实验成功地证明了生命可能是如何起源的，但它们并不能告诉我们生命实际上是如何起源的。与此同时，其他研究利用进化生物学的技术，根据当今生命的数据重建早期生命形式可能的样子。这种方法被称为"自上而下"的方法，可以告诉我们生命在地球上的历史。

然而，自上而下的研究只能追溯到今天生物体内仍然保存的基因，因此不能一直追溯到生命的起源。 尽管自上而下的研究和自下而上的研究都有局限性，但它们的共同目标都是发现生命的起源，而且理想的情况是，它们的答案应该趋同于一系列共同的条件。

戈德曼、劳里-巴杰（美国宇航局喷气推进实验室（JPL）天体生物学研究科学家）及其同事发表的一篇新文章试图弥合这一方法论上的差距。作者认为，将自下而上的生命起源合理途径实验室研究与自上而下的早期生命形式进化重建相结合，可以用来发现早期地球上生命的真正起源。

在论文中，作者描述了一种对当今生命至关重要的现象，这种现象可以通过结合自下而上和自上而下的研究进行研究：电子传递链。

电子传递链是一种新陈代谢系统，从细菌到人类，生命树上的各种生物都使用它来产生可用的化学能。电子传递链的类型多种多样，每种生命形式和它们所使用的能量代谢方式都有专门的电子传递链：例如，我们的线粒体含有一条与我们的异养（消耗食物）能量代谢有关的电子传递链；而植物则有一条完全不同的电子传递链与光合作用（从阳光中产生能量）有关。

在整个微生物世界中，生物体使用多种电子传递链与各种不同的能量代谢相联系。尽管存在这些差异，作者描述了自上而下研究的证据，表明最早的生命形式就使用这种代谢策略，他们还提出了几种可以追溯到进化史早期的祖先电子传递链模型。

他们还调查了目前自下而上的证据，这些证据表明，即使在我们所知的生命出现之前，矿物和早期地球海洋水也可能促进了类似电子传输链的化学反应。受这些观察结果的启发，作者概述了未来的研究策略，即综合自上而下和自下而上对电子传递链最早历史的研究，从而更好地理解远古的能量代谢和更广泛的生命起源。

这项研究是JPL巴杰领导的这个多机构跨学科团队五年来工作的结晶，该团队由美国宇航局-国家科学基金会生命起源创意实验室资助，研究早期地球地质环境中如何出现新陈代谢反应。该研究小组此前的研究工作包括：由矿物驱动的特定电子传输链反应（由JPL研究科学家杰西卡-韦伯领导）；古代酶如何在其活性位点中结合前生物化学（由戈德曼领导）；以及在能量极其有限的环境中的微生物新陈代谢（由南加州大学的道格-拉罗领导）。

巴杰说："新陈代谢的出现是一个跨学科的问题，因此我们需要一个跨学科的团队来研究这个问题。我们的工作利用了化学、地质学、生物学和计算建模的技术，将这些自上而下和自下而上的方法结合起来，这种合作对于未来研究前生物代谢途径非常重要。"