紫外線、隕石の衝突、火山の噴火などなくして、地球上の生命は誕生しました...

生命の起源における最初の化学反応はどのように始まったのでしょうか?彼らのエネルギー源は何ですか?ドイツのデュッセルドルフ大学（HHU）の研究者らは、現代生物が分岐する前の最後の共通祖先であるLUCAの代謝を再構築した。彼らは、これらの反応を前進させるために必要な、長い間探し求められていたエネルギー源、つまり、目に見えないところに隠れていた水素ガスを発見し、特定しました。

LUCAの代謝。研究チームは、生命の分子構成要素の生合成に必要な402の生化学反応を調査した。各円は反応を表し、その色は各反応によって放出されるエネルギーを表します。緑はエネルギーが放出されていることを意味し、紫はエネルギーが必要であることを意味します。画像クレジット: HHU / ジェシカ・ウィマー

研究室では、HHU 分子進化研究所のウィリアム・マーティン教授のチームが、海底熱水噴出孔で見つかった触媒と条件を使用して化学実験を行い、水素と二酸化炭素の反応を研究しています。彼らはコンピューター上で一種の分子考古学を開発し、現代の細胞のタンパク質、DNA、化学反応に保存された原始生命のさまざまな痕跡を発見することができました。

今回、研究者たちは遺伝子ではなく、生命そのものの化学反応に含まれる情報に注目した。彼らは、約40億年前の生命の起源以来、ほとんど変化していない402の代謝反応を特定した。これらの反応はすべての細胞に共通であるため、LUCA にも存在します。

最も原始的な現代の細胞では、現代の環境に存在する単純な分子からいくつかの化合物が合成されました。これらの分子は、初期の地球の熱水噴出孔にも存在していました。水素、二酸化炭素、アンモニアなどです。これらは LUCA の代謝ネットワークを表しています。

Frontiers in Microbiology に掲載された研究結果によると、LUCA の代謝には紫外線、隕石の衝突、火山の噴火などの外部エネルギーは必要ないという。対照的に、現代の多くの海底熱水噴出孔の典型的な環境では、代謝反応を進行させるために必要なエネルギーは代謝そのものから得られる。言い換えれば、LUCA の代謝反応のほぼすべては独自のエネルギーを放出します。つまり、生命のエネルギーは生命そのものから生まれます。

研究者らは、大西洋中部で水素を生産する熱水フィールド環境である「ロスト・シティ」では、LUCA代謝反応の約95%～97%が他のエネルギーを必要とせずに自発的に進行できると説明した。熱水系の暗い深淵において、水素は「化学の太陽」です。現代のエネルギー技術では、生命とまったく同じ水素の特性を活用する方法が研究されています。ただ、生命には40億年の「水素技術経験」があるのに対し、人類はまだ始まったばかりなのです。

編集長コメント

LUCA は、すべての生物の共通の祖先であり、化石の痕跡を残さなかった存在です。熱水生態系は暗くて冷たい海底にあります。そこは寂しいどころか、チューブワームやイソギンチャクなどの生き物が活発に活動しており、活気に満ちています。研究者らは、海底熱水噴出孔で見つかった触媒と条件を使用して化学実験を行い、生命の起源以来ほとんど変化していないいくつかの代謝反応を特定し、LUCAの代謝は外部エネルギーを必要とせず、熱水噴出孔の生態系と同様に水素エネルギーを使用していると推測しました。この発見は生命の起源の謎を解くだけでなく、水素エネルギーの利用に関する先進的で独創的なアイデア、つまりバイオニクスを人類に提供するものでもあります。

出典：科技日報

◎科技日報記者 張孟然

編集者：王宇

レビュー: 岳良

最終レビュー：劉海英