科学家确定可能引发地球上生命的物质

计算机渲染图显示了连接两个关键镍原子（橙色）的骨架氮原子（蓝色）。鉴定出这一部分蛋白质的科学家认为，这可能为探测即将产生生命的行星提供线索。Credit: The Nanda Laboratory

（化石网）据美国物理学家组织网（by Rutgers University）：罗格斯大学(Rutgers)的一个科学家小组致力于确定新陈代谢的原始起源——最初为地球上的生命提供动力的一系列核心化学反应——已经确定了一种蛋白质的一部分，这种蛋白质可能为科学家提供线索，以探测濒临产生生命的行星。

罗格斯大学高级生物技术和医学中心(CABM)的研究员Vikas Nanda说，这项在科学进展发表的研究对寻找外星生命具有重要意义，因为它给了研究人员一个新的线索。

基于实验室研究，罗格斯大学的科学家们表示，最有可能启动生命的化学候选物之一是一种含有两个镍原子的简单肽，他们称之为“镍背”，不是因为它与加拿大摇滚乐队有任何关系，而是因为它的主链氮原子结合了两个关键的镍原子。肽是蛋白质的一个组成部分，由一些称为氨基酸的基本构件组成。

“科学家认为，在35亿至38亿年前的某个时候，有一个转折点，启动了从生命之前的分子化学到有生命的生物系统的变化，”南达说。“我们认为这种变化是由一些小的前体蛋白引发的，这些蛋白在一个古老的代谢反应中执行关键步骤。我们认为我们已经找到了这些“先驱肽”中的一种"

进行这项研究的科学家是罗格斯大学领导的团队的一部分，该团队名为“地球和微生物祖先中纳米机器的进化”(ENIGMA)，是美国宇航局天体生物学计划的一部分。研究人员正在寻求理解蛋白质是如何进化成为地球上生命的主要催化剂的。

NB的模式结构及其与天然酶的比较。[镍-铁]氢化酶(左)(PDB ID: 5XLE)和ACS(右)(PDB ID: 1RU3)是大的复杂蛋白质，具有由几个配体协调的活性双金属位点。NB(中间)的模型结构在一个13残基多肽中结合了两个活性位点的元素。Credit: Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990

当用望远镜和探测器在宇宙中搜寻过去、现在或正在出现的生命迹象时，美国宇航局的科学家们寻找被认为是生命前兆的特定“生物特征”。Nanda说，像nickelback这样的肽可能成为NASA用来探测濒临产生生命的行星的最新生物信号。

研究人员推断，最初的引发化学物质需要足够简单，以便能够在益生元汤里自发组装。但它必须具有足够的化学活性，才能拥有从环境中获取能量来驱动生化过程的潜力。

为了做到这一点，研究人员采用了一种“简化主义者”的方法:他们从检查已知与代谢过程相关的现有当代蛋白质开始。知道这些蛋白质太复杂，不可能在早期出现，他们将它们削减到基本结构。

经过一系列的实验，研究人员得出结论，最佳候选人是五分钱。这种肽由13个氨基酸组成，结合两个镍离子。

他们推断，镍是早期海洋中丰富的金属。当与肽结合时，镍原子成为有效的催化剂，吸引额外的质子和电子并产生氢气。研究人员推断，氢在早期地球上也更丰富，可能是新陈代谢的关键能源。

“这很重要，因为尽管有许多关于生命起源的理论，但这些想法的实际实验室测试很少，”南达说。“这项工作表明，不仅简单的蛋白质代谢酶是可能的，而且它们非常稳定，非常活跃——这使它们成为生命的一个似乎合理的起点。”