Cell：没有磷酸盐也能有生命
2017-03-23 Daniel Segre 科学网 唐一尘（编译）
生命起源的一个大秘密是，在没有磷酸盐的早期地球上，磷酸盐如何成为遗传和细胞新陈代谢机制的基本建构模块。近日，刊登于《细胞》期刊的研究显示，科学家使用系统生物学方法解开了这个古老谜题，数据证据显示，远古生命可能并不依靠磷酸盐。相反，一种简单且数量丰富的分子促使硫基无磷新陈代谢的出现，最终形成了有能力支撑多种重要生物分子合成的生化反应网。
生命起源的一个大秘密是，在没有磷酸盐的早期地球上，磷酸盐如何成为遗传和细胞新陈代谢机制的基本建构模块。近日，刊登于《细胞》期刊的研究显示，科学家使用系统生物学方法解开了这个古老谜题，数据证据显示，远古生命可能并不依靠磷酸盐。相反，一种简单且数量丰富的分子促使硫基无磷新陈代谢的出现，最终形成了有能力支撑多种重要生物分子合成的生化反应网。
图片来源：Daniel Segrè等
磷酸盐对所有现代生命形式都是必不可少的，从提供DNA主链到驱动细胞的能量源三磷酸腺苷（ATP），磷酸盐是关键的生物结构单元，而且，这种化学物质广泛参与了新陈代谢、生化反应。但科学家认为，在生命起源以前没有这种物质。于是，有人假设早期的代谢途径并不依赖磷酸盐，而矿物质表面的硫和铁被认为能完成催化和能量机能。
为了找到答案，美国波士顿大学的Daniel Segrè及同事，使用计算生物学系统构建了复杂新陈代谢网络的大型数据库，包含来自地球整个生物圈的所有已知的生化反应。然后，探索了所谓的“生物圈水平新陈代谢”，研究人员鉴定了在生命起源以前环境中可能发现的8个无磷化合物。
接下来，他们使用一种算法分析了这些分子如何反应，以形成新的代谢物。分析结果显示，一些简单化合物可能促进了不依赖磷酸盐的的代谢网络。该网络包括315个反应和260个代谢物，足以支撑主要生物分子的合成。而且，这种新网络富含铁—硫簇酶，支持了“铁硫世界假说”。他们还发现，硫酯可能会起到磷酸盐在现代生物化学中发挥的一些作用。
这些非实验证据并没有最终回答无磷生命起源问题。下一步，研究人员将继续使用该方法探索生命。
原始出处：Daniel Segrè，et al.Remnants of an Ancient Metabolism without Phosphate.Cell. 2017 Mar 9；168(6)：1126-1134.e9. doi： 10.1016/j.cell.2017.02.001. Epub 2017 Mar 2.
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