你或許聽過一種說法：地球上的每一種生物都來自LUCA。
LUCA的全稱是「最後一個普遍的共同祖先」，這是一種早期生命形式。目前普遍認為，LUCA生活在至少35億年前，甚至更久遠的過去。LUCA並不是最早的生命，然而讓它變得與眾不同的是，它被認為是現存所有生物的最後一個共同祖先，換言之，只有LUCA的直系親屬最終存活了下來，並繁衍出了如今的地球生物圈。
對於LUCA甚至更早的生命來說，目前所有關於生命起源的理論都認為，需要一種能量來源來促進它們原始的化學反應發生，推動生物新陳代謝的出現。但我們仍然不清楚，這種能量來源究竟是什麼？生命最初的化學反應又是如何開始的？
近日，在一項發表在《微生物學前沿》的新研究中，一組科學家重建出了LUCA的新陳代謝並發現，原始生命用來拼湊細胞分子零件的幾乎所有化學步驟都是放能反應。他們認為，我們一直在尋找的那種合成生命的基本零件所需的能量，恰恰就來自代謝本身。整個過程還有一種基本的起始化合物必不可少，那就是氫氣（H2）。
研究團隊一直在探索，早期地球上的生命是如何以及在哪裡產生的。他們的方法既包括實驗，也包含計算性的研究。
比如，科學家會在實驗室中進行化學實驗，利用類似海底熱液噴口發現的催化和環境條件，研究氫氣和二氧化碳之間的反應。此外，他們還在計算機上開發了一種形式的「分子考古學」，幫助尋找原始生命的許多不同痕跡，這些痕跡被保存在現代細胞的蛋白質、DNA和化學反應中。
在這項最新的研究中，他們巧妙地沒有選擇研究基因等其他方面，而是關注了生命的化學反應本身所包含的資訊。
在大約40億年前，代謝反應剛開始出現時，還不存在蛋白質或者酶來催化反應，因為這些分子還沒有進化出來。代謝一定來自可以在環境中發生的反應，也許還有某些無機催化劑的幫助。
但是，無論有沒有催化劑，為了進一步發展，反應必須釋放能量。過往的文獻中已經有很多關於代謝能量可能來源的想法，但似乎還沒什麼人研究過代謝的反應本身。
研究人員製作了一份目錄，其中囊括了現代細胞中簡單而古老的細胞（細菌和古菌）用來構建生命基本零件的402個反應，這些所謂的基本零件包括20種氨基酸、DNA和RNA的鹼基，還有18種代謝所必需的維生素（輔因子）。
這些反應是「高度保守」的，換句話說，它們可能自從約40億年前生命起源以來幾乎就沒有改變過。它們是所有細胞共有的，因此也應當存在於LUCA中。這些反應可以揭示原始生命如何處理代謝中的能量，以及它從哪裡獲得使生命的化學反應進一步發展所需的能量。
團隊首先借助計算機程序模擬了不同的環境條件，研究了402個反應的能量特性，因為環境往往對反應能量產生著重要影響。研究涉及的環境條件從酸性到鹼性（pH 1到14），溫度從25跨越到100°C，還納入了不同反應物和產物的相對量等。
科學家還格外仔細地研究了氫氣的能量角色。因為反應首先需要氫氣，讓二氧化碳中的碳進入代謝。
LUCA的新陳代謝。團隊研究了生命分子基本構件的生物合成所需的402個生物化學反應。每個圓圈代表一個反應，顏色則對應每個反應釋放的能量。綠色表示釋放能量，紫色則表示需要能量。| 圖片來源：HHU / Jessica Wimmer
結果顯示，LUCA的新陳代謝其實並不需要外部的能量來源，包括紫外線、隕擊、火山噴發或者放射性等來源可能都不是必需的。相反，在許多現代海底熱液噴口附近的典型環境中，代謝反應所需的能量來自代謝本身。換句話說，LUCA生命的能量源自生命本身。
他們觀察到，最佳能量條件落在了pH在9左右的鹼性條件、溫度約80℃的環境中，同時需要氫氣來固定二氧化碳。事實上，這差不多正是我們在大西洋中部的一個產生氫氣的熱液場觀察到的典型情況。在那樣的環境中，大約95-97%的LUCA的代謝反應可以自發進行。
在熱液系統所處的無盡黑暗中，氫氣就好比一種「化學陽光」，為暗無天日的地方帶去了生機。
研究的第一作者Jessica Wimmer表示：「關於生命起源的能量來源，我們可以說，純化學能已經足夠了。或許並不需要陽光，不需要隕石，不需要紫外線，只要氫氣和二氧化碳，再加上一些氨和鹽。」
#創作團隊：
文：Måka
#參考來源：
https://www.hhu.de/en/news-article/life-arose-on-hydrogen-energy
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2021.793664/full
https://cosmosmagazine.com/science/biology/what-fuelled-the-origins-of-life
#圖片來源：
封面來源：Pixabay
