地球最早的生命細胞通過地球化學(xué)反應(yīng)獲取能量，慕尼黑大學(xué)的研究團隊如今在實驗室成功重現(xiàn)了這一過程。

地球所有生命的最早祖先可能依賴氫氣獲取能量，并以甲烷作為代謝副產(chǎn)物，在溫暖環(huán)境中繁衍生息。慕尼黑大學(xué)研究人員通過化石證據(jù)和基因分析重建遠古代謝路徑后得出這一結(jié)論。其中相對簡單的乙酰輔酶A途徑，至今仍存在于許多微生物中。

為更好理解地球最早生命體的代謝機制，由慕尼黑大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)系威廉·奧爾西教授帶領(lǐng)的團隊，在實驗室模擬了40至36億年前的早期地球環(huán)境。這些實驗復(fù)制了現(xiàn)代海底"黑煙囪"熱液噴口的某些特征，但關(guān)鍵區(qū)別在于遠古海洋含有更高濃度的溶解鐵。

在沒有額外營養(yǎng)物質(zhì)的條件下，研究人員在實驗中制造了微型"黑煙囪"。如同海底自然發(fā)生的過程，鐵和硫在高溫下發(fā)生地球化學(xué)反應(yīng)，形成馬基諾礦（FeS）等硫化鐵礦物，同時產(chǎn)生氫氣（H?）。

在這些"化學(xué)花園"中，單細胞古菌詹氏甲烷球菌不僅存活下來，其表現(xiàn)更遠超預(yù)期。"這種古菌不僅過度表達了乙酰輔酶A代謝的某些基因，實際上還實現(xiàn)了指數(shù)級增長。"研究第一作者凡妮莎·赫爾姆布雷希特解釋道。該成果已發(fā)表于《自然·生態(tài)與進化》期刊。

這種從海底熱液噴口沉積物中分離出的超嗜熱微生物，成為通過乙酰輔酶A途徑產(chǎn)甲烷的典型研究對象。"雷根斯堡大學(xué)古菌中心的先進設(shè)備為實驗提供了關(guān)鍵支持。"奧爾西教授特別感謝迪娜·格羅斯曼教授和羅伯特·賴歇爾特博士的協(xié)助。

化學(xué)花園中的細胞始終緊鄰馬基諾礦顆粒，這與某些遠古礦物沉積層中發(fā)現(xiàn)微生物化石痕跡的地質(zhì)證據(jù)相符。研究人員推斷，約40億年前硫化鐵礦物沉淀過程中的化學(xué)反應(yīng)，為最初生命細胞提供了足夠能量，為年輕地球上首批微生物的氫依賴代謝奠定了基礎(chǔ)。

這種基于無機化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)氫的產(chǎn)甲烷作用，由此成為進化史上已知最古老的能量生成方式。

慕尼黑大學(xué)的地球生物學(xué)家們正在思考：這種代謝過程是否可能在地外發(fā)生？土衛(wèi)二恩克拉多斯等天體是否存在古菌的生存環(huán)境？

NASA已將該土星衛(wèi)星列為潛在生命候選地，科學(xué)家懷疑其冰殼下的"蘇打海洋"與巖石核心之間存在熱液活動。"我們下一步將模擬土衛(wèi)二環(huán)境，測試古菌能否在其中生存繁衍。"赫爾姆布雷希特透露了后續(xù)研究計劃。

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