你、我或任何生物的存在，都是超过40亿年的一系列惊人幸运的结果。其中最大的障碍是第一个：生命是如何从一堆根本不活的原始汤中出现的？一项发表在《科学进展》上的激进新研究表明，这一不太可能的门槛实际上可能被跨越了不止一次。 根据这项研究，生命的两个主要谱系——细菌和古菌——可能独立地找到了将它们从非生命状态升级为生命的代谢秘密，研究集中在被认为能实现这一转变的最基本的化学反应上。“令人惊讶的是，催化这些反应的酶在细菌和古菌之间的进化分界线上没有被保留，”德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的生物学家威廉·马丁表示。“新数据得出的唯一结论是，细菌和古菌谱系分别独立实现了自由生活状态的过渡。只有自由生活的细胞才是活的。让我们称之为名字：我们正在关注遗传密码的一个起源，但生命的两个起源。” 这可谓一个巨大的主张，尤其是在界定生命到底是什么时，可能会出奇地棘手。一般而言，生命被认为是能够响应其环境、吸收能量、生长和自我复制的物质。这听起来应该涵盖基本内容，但即便如此广泛的说法也不完美。毕竟，病毒可以做到大部分这些，但通常不被认为是“活的”。生命的一个共同特征——而病毒缺乏这一特征——是代谢，生物用来制造对其日常功能至关重要的分子的化学反应的集合。酶是作为催化剂促进这些反应的马车工作蛋白，但这引出了一个奇怪的鸡与蛋的问题。酶本身是化学反应的产物——那么，第一个生命形式是如何在没有其他酶的帮助下开始代谢事物（包括制造酶）的呢？答案似乎在于它们的环境。人们普遍认为，最早的生命是在极为反应活跃的环境中出现的，例如热液喷口。自然存在于这些地方的金属可能是代谢的第一个催化剂，将氢气、氨和二氧化碳等化合物转换成其他有用的分子。“关于代谢的起源几乎所有内容都在争论，包括能量、遗传学、自催化、磷酸盐、辅因子、氰化物、二氧化碳和水的作用，”马丁和同事们在他们的论文中写道。“然而，所有人都会同意一个方面：将H₂、CO₂、NH₃、H₂S和磷酸盐转化为氨基酸、碱基和辅因子的约400个反应网络不可能瞬间出现。它不可能来自自发环境反应，而必须经过以前难以捉摸的中间组装状态。” 研究人员调查了细菌和古菌基因组中的核心代谢酶的蛋白质结构，并开发了一种方法和算法来按复杂性对它们进行排序。由此，他们能够确定哪些酶以何种顺序进化，并构建一个大致的时间表。起始化合物显示在左侧；它们通过代谢转化为生命的基本构件。420个酶促反应以圆圈形式显示，化学代谢物则以菱形表示；线条连接共享代谢物的反应。以洋红色阴影显示的圆圈表示可以由代谢第一细胞出现的环境中无机化合物催化的反应。(HHU/Nadja Hoffmann) “我们发现所有细胞的最后共同祖先LUCA仅具有大约一半代谢反应的酶，”马丁表示。“另一半则是由LUCA产生的环境中的金属催化的。”研究小组发现催化（酶驱动反应）的发展可能有四个不同阶段。首个阶段完全依赖于环境中的金属。当有足够的有用分子累积后，那些还未完全算作生命的原始细胞（包括LUCA）可以开始发展它们自己的酶，执行一些金属催化剂的功能。随着时间的推移，后期的原始细胞开发了越来越多的酶，降低了对外部金属的依赖，直到完全不再需要它们。只有在这一点上，它们才会被视为“自由生活细胞”。重要的是，研究人员表示，这一过程是在细菌和古菌分离之后才发生的。这两个分支各自找到了应对相同问题的不同方法。“我们可以看到细菌和古菌的祖先独立演化出结构上不同的酶，催化相同的基本代谢反应的案例，”海因里希·海涅大学的生物学家娜塔利亚·姆尔贾瓦茨说道。