你或許聽過一種說法：地球上的每一種生物都來自LUCA。

LUCA的全稱是“最后一個普遍的共同祖先”，這是一種早期生命形式。目前普遍認為，LUCA生活在至少35億年前，甚至更久遠的過去。LUCA并不是最早的生命，然而讓它變得與眾不同的是，它被認為是現(xiàn)存所有生物的最后一個共同祖先，換言之，只有LUCA的直系親屬最終存活了下來，并繁衍出了如今的地球生物圈。

對于LUCA甚至更早的生命來說，目前所有關于生命起源的理論都認為，需要一種能量來源來促進它們原始的化學反應發(fā)生，推動生物新陳代謝的出現(xiàn)。但我們仍然不清楚，這種能量來源究竟是什么？生命最初的化學反應又是如何開始的？

近日，在一項發(fā)表在《微生物學前沿》的新研究中，一組科學家重建出了LUCA的新陳代謝并發(fā)現(xiàn)，原始生命用來拼湊細胞分子零件的幾乎所有化學步驟都是放能反應。他們認為，我們一直在尋找的那種合成生命的基本零件所需的能量，恰恰就來自代謝本身。整個過程還有一種基本的起始化合物必不可少，那就是氫氣（H2）。

研究團隊一直在探索，早期地球上的生命是如何以及在哪里產(chǎn)生的。他們的方法既包括實驗，也包含計算性的研究。

比如，科學家會在實驗室中進行化學實驗，利用類似海底熱液噴口發(fā)現(xiàn)的催化和環(huán)境條件，研究氫氣和二氧化碳之間的反應。此外，他們還在計算機上開發(fā)了一種形式的“分子考古學”，幫助尋找原始生命的許多不同痕跡，這些痕跡被保存在現(xiàn)代細胞的蛋白質、DNA和化學反應中。

在這項最新的研究中，他們巧妙地沒有選擇研究基因等其他方面，而是關注了生命的化學反應本身所包含的信息。

在大約40億年前，代謝反應剛開始出現(xiàn)時，還不存在蛋白質或者酶來催化反應，因為這些分子還沒有進化出來。代謝一定來自可以在環(huán)境中發(fā)生的反應，也許還有某些無機催化劑的幫助。

但是，無論有沒有催化劑，為了進一步發(fā)展，反應必須釋放能量。過往的文獻中已經(jīng)有很多關于代謝能量可能來源的想法，但似乎還沒什么人研究過代謝的反應本身。

研究人員制作了一份目錄，其中囊括了現(xiàn)代細胞中簡單而古老的細胞（細菌和古菌）用來構建生命基本零件的402個反應，這些所謂的基本零件包括20種氨基酸、DNA和RNA的堿基，還有18種代謝所必需的維生素（輔因子）。

這些反應是“高度保守”的，換句話說，它們可能自從約40億年前生命起源以來幾乎就沒有改變過。它們是所有細胞共有的，因此也應當存在于LUCA中。這些反應可以揭示原始生命如何處理代謝中的能量，以及它從哪里獲得使生命的化學反應進一步發(fā)展所需的能量。

團隊首先借助計算機程序模擬了不同的環(huán)境條件，研究了402個反應的能量特性，因為環(huán)境往往對反應能量產(chǎn)生著重要影響。研究涉及的環(huán)境條件從酸性到堿性（pH 1到14），溫度從25跨越到100°C，還納入了不同反應物和產(chǎn)物的相對量等。

科學家還格外仔細地研究了氫氣的能量角色。因為反應首先需要氫氣，讓二氧化碳中的碳進入代謝。

LUCA的新陳代謝。團隊研究了生命分子基本構件的生物合成所需的402個生物化學反應。每個圓圈代表一個反應，顏色則對應每個反應釋放的能量。綠色表示釋放能量，紫色則表示需要能量。| 圖片來源：HHU / Jessica Wimmer

結果顯示，LUCA的新陳代謝其實并不需要外部的能量來源，包括紫外線、隕擊、火山噴發(fā)或者放射性等來源可能都不是必需的。相反，在許多現(xiàn)代海底熱液噴口附近的典型環(huán)境中，代謝反應所需的能量來自代謝本身。換句話說，LUCA生命的能量源自生命本身。

他們觀察到，最佳能量條件落在了pH在9左右的堿性條件、溫度約80℃的環(huán)境中，同時需要氫氣來固定二氧化碳。事實上，這差不多正是我們在大西洋中部的一個產(chǎn)生氫氣的熱液場觀察到的典型情況。在那樣的環(huán)境中，大約95-97%的LUCA的代謝反應可以自發(fā)進行。

在熱液系統(tǒng)所處的無盡黑暗中，氫氣就好比一種“化學陽光”，為暗無天日的地方帶去了生機。 

研究的第一作者Jessica Wimmer表示：“關于生命起源的能量來源，我們可以說，純化學能已經(jīng)足夠了?；蛟S并不需要陽光，不需要隕石，不需要紫外線，只要氫氣和二氧化碳，再加上一些氨和鹽。”