你或许听过一种说法：地球上的每一种生物(wù)都来自LUCA。

LUCA的全称是“最后一个普遍的共同祖先”，这是一种早期生命形式。目前普遍认為(wèi)，LUCA生活在至少35亿年前，甚至更久遠(yuǎn)的过去。LUCA并不是最早的生命，然而让它变得与众不同的是，它被认為(wèi)是现存所有(yǒu)生物(wù)的最后一个共同祖先，换言之，只有(yǒu)LUCA的直系亲属最终存活了下来，并繁衍出了如今的地球生物(wù)圈。

对于LUCA甚至更早的生命来说，目前所有(yǒu)关于生命起源的理(lǐ)论都认為(wèi)，需要一种能(néng)量来源来促进它们原始的化學(xué)反应发生，推动生物(wù)新(xīn)陈代謝(xiè)的出现。但我们仍然不清楚，这种能(néng)量来源究竟是什么？生命最初的化學(xué)反应又(yòu)是如何开始的？

近日，在一项发表在《微生物(wù)學(xué)前沿》的新(xīn)研究中，一组科(kē)學(xué)家重建出了LUCA的新(xīn)陈代謝(xiè)并发现，原始生命用(yòng)来拼凑细胞分(fēn)子零件的几乎所有(yǒu)化學(xué)步骤都是放能(néng)反应。他(tā)们认為(wèi)，我们一直在寻找的那种合成生命的基本零件所需的能(néng)量，恰恰就来自代謝(xiè)本身。整个过程还有(yǒu)一种基本的起始化合物(wù)必不可(kě)少，那就是氢气（H2）。

研究团队一直在探索，早期地球上的生命是如何以及在哪里产生的。他(tā)们的方法既包括实验，也包含计算性的研究。

比如，科(kē)學(xué)家会在实验室中进行化學(xué)实验，利用(yòng)类似海底热液喷口发现的催化和环境条件，研究氢气和二氧化碳之间的反应。此外，他(tā)们还在计算机上开发了一种形式的“分(fēn)子考古學(xué)”，帮助寻找原始生命的许多(duō)不同痕迹，这些痕迹被保存在现代细胞的蛋白质、DNA和化學(xué)反应中。

在这项最新(xīn)的研究中，他(tā)们巧妙地没有(yǒu)选择研究基因等其他(tā)方面，而是关注了生命的化學(xué)反应本身所包含的信息。

在大约40亿年前，代謝(xiè)反应刚开始出现时，还不存在蛋白质或者酶来催化反应，因為(wèi)这些分(fēn)子还没有(yǒu)进化出来。代謝(xiè)一定来自可(kě)以在环境中发生的反应，也许还有(yǒu)某些无机催化剂的帮助。

但是，无论有(yǒu)没有(yǒu)催化剂，為(wèi)了进一步发展，反应必须释放能(néng)量。过往的文(wén)献中已经有(yǒu)很(hěn)多(duō)关于代謝(xiè)能(néng)量可(kě)能(néng)来源的想法，但似乎还没什么人研究过代謝(xiè)的反应本身。

研究人员制作了一份目录，其中囊括了现代细胞中简单而古老的细胞（细菌和古菌）用(yòng)来构建生命基本零件的402个反应，这些所谓的基本零件包括20种氨基酸、DNA和RNA的碱基，还有(yǒu)18种代謝(xiè)所必需的维生素（辅因子）。

这些反应是“高度保守”的，换句话说，它们可(kě)能(néng)自从约40亿年前生命起源以来几乎就没有(yǒu)改变过。它们是所有(yǒu)细胞共有(yǒu)的，因此也应当存在于LUCA中。这些反应可(kě)以揭示原始生命如何处理(lǐ)代謝(xiè)中的能(néng)量，以及它从哪里获得使生命的化學(xué)反应进一步发展所需的能(néng)量。

团队首先借助计算机程序模拟了不同的环境条件，研究了402个反应的能(néng)量特性，因為(wèi)环境往往对反应能(néng)量产生着重要影响。研究涉及的环境条件从酸性到碱性（pH 1到14），温度从25跨越到100°C，还纳入了不同反应物(wù)和产物(wù)的相对量等。

科(kē)學(xué)家还格外仔细地研究了氢气的能(néng)量角色。因為(wèi)反应首先需要氢气，让二氧化碳中的碳进入代謝(xiè)。

LUCA的新(xīn)陈代謝(xiè)。团队研究了生命分(fēn)子基本构件的生物(wù)合成所需的402个生物(wù)化學(xué)反应。每个圆圈代表一个反应，颜色则对应每个反应释放的能(néng)量。绿色表示释放能(néng)量，紫色则表示需要能(néng)量。| 图片来源：HHU / Jessica Wimmer

结果显示，LUCA的新(xīn)陈代謝(xiè)其实并不需要外部的能(néng)量来源，包括紫外線(xiàn)、陨击、火山(shān)喷发或者放射性等来源可(kě)能(néng)都不是必需的。相反，在许多(duō)现代海底热液喷口附近的典型环境中，代謝(xiè)反应所需的能(néng)量来自代謝(xiè)本身。换句话说，LUCA生命的能(néng)量源自生命本身。

他(tā)们观察到，最佳能(néng)量条件落在了pH在9左右的碱性条件、温度约80℃的环境中，同时需要氢气来固定二氧化碳。事实上，这差不多(duō)正是我们在大西洋中部的一个产生氢气的热液场观察到的典型情况。在那样的环境中，大约95-97%的LUCA的代謝(xiè)反应可(kě)以自发进行。

在热液系统所处的无尽黑暗中，氢气就好比一种“化學(xué)阳光”，為(wèi)暗无天日的地方带去了生机。 

研究的第一作者Jessica Wimmer表示：“关于生命起源的能(néng)量来源，我们可(kě)以说，纯化學(xué)能(néng)已经足够了。或许并不需要阳光，不需要陨石，不需要紫外線(xiàn)，只要氢气和二氧化碳，再加上一些氨和盐。”