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在一切和生物起源有关的问题上,马丁总是持续不断地提出各种打破常规的观点,虽然不是全对,但总让人振奋,并且提供了看待生物学的新角度。
几年前,马丁和罗素开始合作,从地质化学探讨到生物学。
由此,他们的想象和洞察力开始飞驰。
让我们跟着他们一起去看看。
马丁和罗素先从最基本的问题开始:碳原子如何进入有机世界?他们注意到,现在我们知道细菌和植物会通过五种代谢途径,将氢原子和二氧化碳结合生成有机分子,从而把碳带入生命世界,其中一种就是前述的逆向克氏循环。
这五种反应中的四种要消耗ATP(和克氏循环一样),所以只有输入能量才能发生。
而剩下的第五种,不但可以让氢原子直接和二氧化碳分子结合产生有机分子,同时还会产生能量。
现今已知有两群古老的生物可以通过一系列大同小异的步骤实现第五种反应。
其中一群生物我们已经介绍过了,就是在失落之城里十分兴旺的古细菌。
如果马丁与罗素是对的,那40亿年前生命拂晓之时,这些古细菌的远祖,就在碱性热泉中进行氢气和二氧化碳的反应。
不过氢气和二氧化碳结合的反应,并不像听起来那样简单,因为这两个分子都不会自发性地结合,它们算是“害羞”
的分子,需要催化剂的鼓励才能让它们共舞,同时也需要灌注一点能量来启动反应。
只有当这两个条件都满足时,两个分子才会结合然后放出更大的能量。
催化剂的成分很简单,现今这一反应的催化酶,核心是一个含铁、镍和硫原子的原子簇,其结构跟热泉区发现的矿物很像。
该线索表明古细菌可能只是利用了现成的催化剂,同时也暗示这条代谢通路已经出现很久了,它不需要靠进化产生的复杂蛋白质帮助就能反应。
如同马丁与罗素指出的,这个反应已有“坚石”
的基础。
乙酰硫酯之所以重要,是因为它代表了古老代谢反应里的一个岔路口,而且至今仍可以在生物体内看到。
当乙酰硫酯和二氧化碳反应时,我们就站在岔路的一端进入复杂有机分子世界。
该反应是自发的,除了释出能量,还会产生三碳分子,叫作丙酮酸。
看到丙酮酸这个名字,生物化学家的眼睛都会为之一亮,因为这可是进入克氏循环的起点。
换言之,只需要几个符合热力学规律的简单化学反应,被带有矿物核心的酶催化(它们都带着“坚石”
的基础),就可以带我们直接进入克氏循环这个生命的代谢中心,不费吹灰之力。
一旦我们进入了克氏循环,就只需要稳定供应ATP来推动循环去生产生命所需的材料了。
能量的来源正在岔路的另一端,这回让乙酰硫酯与磷酸盐反应。
好吧,严格来说反应并不会产生ATP这个能量分子,而是一种形式比较简单的分子,叫作乙酰磷酸。
但是它的用途和ATP差不多,而且至今仍有某些细菌可以同时使用乙酰磷酸和ATP作为能量来源。
乙酰磷酸和ATP所做的事情一模一样,它们都是把活化的磷酸基团传给另一个分子,有点像帮其他分子贴上能量标签来活化它们。
整个过程类似小孩子玩的游戏,其中一个孩子当“鬼”
去抓人,而被“鬼”
抓到的小孩则会变成“鬼”
。
游戏中当鬼的小孩持有的反应“活性”
,可以传给第二个小孩。
磷酸基团传递差不多也是这样。
原本稳定的分子会因为接受磷酸基团而活化。
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