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復活遠古酶:查看地球上第一個生命是誕生

發布時間:2017-05-09   來源:新浪科技

      我們對于40億年前地球形成之初的表面溫度了解甚少,這將限制科學家對地球生命起源的研究,以及對遙遠星球如何孕育生命形式的推測分析。目前,研究人員最新研究顯示,通過復活遠古酶,能夠評估出數十億年前地球孕育微生物時的溫度條件,最新研究報告發表在近期出版的《美國國家科學院院刊》上。

      研究報告第一作者、美國加州大學洛杉磯分校古生物學家阿曼達·加西亞說:“我們不僅需要更好地理解地球最早生命形式是如何孕育形成的,而且還要掌握在數十億年地質歷史中生命和地球環境如何共同進化。類似的共進化過程可能也出現在宇宙其它星球上的生命形式?!?/span>

      加西亞和她的同事聚焦地球表面溫度的歷史變化,巖石提供了5.5億年前新生代的表面溫度變遷,當時復雜的多細胞生物已出現,其中包括人類最早的祖先物種。然而,寒武紀早期很少存在這樣的“古溫度計”,能夠跨越46億年前地球形成和生命的崛起。

復活遠古酶:查看地球上第一個生命是誕生

      之前的地質證據表明,35億年前的太古代,地球海洋溫度在55-85攝氏度之間,相比之下,現今海洋溫度明顯降低,平均只有15攝氏度??茖W家通過檢查海洋巖石中的氧和硅同位素做出了以上溫度評估分析,黑硅石是海底石英含量較高的一種巖石結構,當海水溫度降低時,黑硅石中重氧18和硅30同位素指數將升高。一般而言,氧和硅同位素比率從高至低變化,將揭曉遠古海洋的溫度狀況。

      但是像這樣的“古溫度計”無法充分體現過去幾十億年里巖石或者海洋可能發生的變化,或許海水中同位素比率變化將響應物理或者化學變更,例如:陸地上的水流或者熱液噴口處的水流。

      基于這些不確定因素,加西亞和她的同事計劃對寒武紀前期海水溫度進行獨立測量,該時期以生物分子活動性為中心,科學家檢測了一種酶——二磷酸核苷激酶(NDK),這將有助于控制DNA和RNA的構建,以及其它許多角色。事實上,二磷酸核苷激酶存在于所有活體微生物,同時很可能對于許多滅絕微生物至關重要。之前研究發現蛋白質最佳溫度和微生物生長之間存在著相互關系。

      通過對比當代不同生物二磷酸核苷激酶的分子序列,研究人員重建了一種可能存在于遠古祖先物種中的二磷酸核苷激酶。合成這些重建物質,科學家能夠以實驗方法測試這些“復活”遠古蛋白質,用于發現穩定蛋白質中的溫度,以及推斷出支持遠古微生物存在的溫度條件。

      科學家通過觀察這些宿主微生物最近親物種,評估遠古酶什么時候可能存在,這些近似物種基因序列差異性越大,它們最后一個共同祖先物種存活時間可能就越長??茖W家使用這些差異性估測了“復活NDK”等生物分子的年齡。

之前研究重建了遠古酶,用于推測遠古地球溫度,但是一些酶可能來自生活在非常熾熱環境的微生物,例如:深海熱液噴口,它無法代表海洋的平均溫度。目前,加西亞和同事重建了源自陸生植物和生活在海洋照射層光合細菌的二磷酸核苷激酶,該條件遠離沸騰的海底熱液噴口。

這項研究認為,大約30億年前地球表面溫度從75攝氏度,到4.2億年前降低至35攝氏度。該發現與之前地質和酶基礎分析結果相一致。加西亞稱像這樣的顯著降溫很難徹底理解,她還強調指出,科學家需要記住遠古時期生命逐漸進化時的條件是如何隨著時間推移而產生差異變化的。

加西亞說:“這需要努力設想一個世界,它與當前地球狀況的普遍認知似乎不符?!蔽磥硌芯靠梢詮脑S多微生物重建二磷酸核苷激酶,以及其它酶,提供更多的證據支持這種方法,這樣的研究將有助于揭曉生命早期進化和地球環境的重大謎團。

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