神秘微生物阿斯加德古菌揭开复杂生命起源的神秘面纱

神秘微生物阿斯加德古菌揭开复杂生命起源的神秘面纱在发表于《自然》（Nature）杂志的一项新研究中，科学家们研究了微生物阿斯加德古菌的基因构成，它们在单细胞生物向多细胞生物的过渡中发挥了关键作用。"这些阿斯加德古菌可以帮助我们更多地了解我们的单细胞祖先，以及复杂生命是如何进化的。"隆德大学生物学研究员考特尼-斯塔尔斯（CourtneyStairs）说："可能是几种单细胞生物--包括现代阿斯加德古菌的一种亲戚--共生的结果。"这项研究表明，阿斯加德古菌中的一些蛋白质与以前被认为是数百万年后在地球上发展起来的更复杂生命形式所特有的蛋白质有关。通过对数百种蛋白质的分析，研究人员能够确定更复杂的真核生物起源的整个基因分支的基因构成。根据这项最新研究，所有复杂生命形式（又称真核生物）的根源都可以追溯到一群名为阿斯加德古菌的微生物的共同祖先。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校"我们的发现完善了我们对远古单细胞祖先的理解，并帮助我们从单细胞生物中区分出我们的独特特征。真核生物的发展提出了细胞如何合作和进化的问题，"CourtneyStairs说。阿斯加德古菌以北欧神话中的阿斯加德王国命名，因为最早的发现是在大西洋洛基斯城堡附近的沉积物中发现的。研究人员认为，这些微生物的祖先生活在温度适中的环境中，并依赖各种营养来源。考特尼-斯泰尔斯（CourtneyStairs）认为，我们可以从生物的DNA中了解到很多信息。"这项研究是一个典型的起源故事，旨在回答进化生物学中的一个重大问题--真核生物从何而来？"CourtneyStairs说："我们的研究结果挑战了人们对复杂生命形式起源的传统认识，并在揭开进化之谜的过程中凸显了阿斯加德一脉。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375331.htm

一个 "缺失的环节" - 研究人员揭示了复杂生命形式起源的重要组成部分

一个"缺失的环节"-研究人员揭示了复杂生命形式起源的重要组成部分这种阿斯加德古菌的成员表现出独特的细胞特征，并可能代表了通往更复杂生命形式（如动物和植物）的进化"缺失环节"。这项研究最近发表在《自然》杂志上。地球上的所有生命形式被分为三个主要领域：真核生物、细菌和古细菌。真核生物包括动物、植物和真菌等群体。它们的细胞通常要大得多，乍一看比细菌和古细菌的细胞更复杂。例如，真核生物的遗传物质被包装在细胞核中，细胞还有大量的其他隔室。真核细胞内的细胞形状和运输也是以广泛的细胞骨架为基础。但是，进化到如此复杂的真核细胞是如何产生的呢？目前最流行的进化理论之一是假设真核生物（包括动物、植物和真菌）是由阿斯加德古生物与细菌的融合而产生的。资料来源：苏黎世联邦理工学院弗洛里安-沃尔韦伯（FlorianWollweber）。目前的大多数模型认为，古细菌和细菌在真核生物的进化过程中起着核心作用。一个真核细胞的原始细胞被认为是由大约20亿年前的古细菌和细菌之间的紧密共生关系演变而来的。2015年，对深海环境样本的基因组研究发现了所谓的阿斯加德古菌群，它们在生命树上代表了真核生物的最亲近亲属。阿斯加德细胞的第一张图像于2020年由一个日本小组从富集培养物中公布。ChristaSchleper在维也纳大学的工作小组现在首次成功地培养出了这一群体的一个较高浓度的代表。它来自斯洛文尼亚皮兰海岸的海洋沉积物，但也算得上是维也纳的居民，例如多瑙河沿岸的沉积物，由于其生长到高细胞密度，这种代表可以被研究得特别好。维也纳大学古细菌工作组的博士后、该研究的第一作者之一ThiagoRodrigues-Oliveira报告说："要在实验室中获得这种极其敏感的生物体的稳定培养是非常棘手和费力的。"共同第一作者RafaelPonce在斯洛文尼亚皮兰的塞卡运河取样海洋沉积物维也纳小组在培养高度富集的阿斯加德代表方面取得了显著的成功，终于可以通过显微镜对细胞进行更详细的检查。马丁-皮尔霍夫（MartinPilhofer）小组的ETH研究人员使用了一台现代低温电子显微镜来拍摄震冻细胞的照片。这种方法能够三维地了解细胞的内部结构。Lokiarchaeumossiferum细胞的扫描电子显微照片，显示长而复杂的细胞突起"这些细胞由圆形的细胞体组成，带有细长的、有时非常长的细胞突起。这些触角状结构有时甚至似乎将不同的细胞体相互连接起来，"弗洛里安-沃尔韦伯说，他花了几个月时间在显微镜下追踪这些细胞。这些细胞还包含一个广泛的肌动蛋白丝网络，被认为是真核细胞所特有的。这表明，在第一个真核生物出现之前，古细菌中就出现了广泛的细胞骨架结构，并为围绕生命史上这一重要而壮观的事件的进化理论提供了支撑。微生物学家ChristaSchleper评论说："我们的新生物，即Lokiarchaeumossiferum，有很大的潜力为真核生物的早期进化提供进一步的突破性的见解。我们花了六年之久才获得一个稳定和高度富集的培养物，但现在我们可以利用这一经验进行许多生化研究，也可以培养其他阿斯加德古菌。"此外，科学家们现在可以利用ETH开发的新成像方法来研究，例如，阿斯加德古菌和它们的细菌伙伴之间的密切互动。今后还可以研究基本的细胞生物学过程，如细胞分裂，以阐明这些机制在真核生物中的进化起源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341609.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341609.htm

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程戊糖是现代生命形式新陈代谢中不可或缺的碳水化合物，但由于这些分子不稳定，因此尚不清楚它们在地球早期是否存在。日本东京工业大学地球生命科学研究所（ELSI）领导的一项新研究揭示了一种与早期地球条件相适应的化学途径，通过这种途径，C6醛酸酯可以作为戊糖的来源，而不需要酶。他们的发现提供了原始生物化学的线索，使我们更接近了解生命起源。一项新研究提供了有关原始生物化学的线索，使我们更接近于了解生命的起源。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室地球早期的生化挑战地球上的生命是从简单的化学物质中产生的，这是生物化学乃至整个科学领域最令人兴奋而又最具挑战性的课题之一。现代生命形式可以通过复杂的化学网络将营养物质转化为各种化合物；此外，它们还可以利用酶催化非常特殊的转化，从而实现对所产生分子的精细控制。然而，在生命出现并变得更加复杂之前，酶是不存在的。因此，在地球历史的早期，很可能存在着各种非酶化学网络，它们可以将环境中的营养物质转化为支持原始细胞功能的化合物。戊糖：早期生命的基石戊糖的合成就是上述情况的一个突出例子。这些只含有五个碳原子的单糖是RNA和其他分子的基本组成单位，而这些分子对我们所知的生命来说是必不可少的。科学家们提出并研究了生命起源之前产生戊糖的各种方式，但目前的理论提出了一个问题：如果这些化合物的寿命极短，那么戊糖如何积累到足以参与生命起源前反应的数量？为了解决这个问题，由ELSI研究员易瑞琴领导的研究小组最近开展了一项研究，为早期地球上戊糖的起源和持续供应寻找另一种解释。他们探索了一个无酶化学网络，在这个网络中，C6醛酸酯（一种稳定的六碳碳水化合物）从各种前生物糖源积累起来，然后再转化回戊糖。(a)导致醛酸酯积累的原生代谢戊糖拟议途径，然后是非选择性氧化成脲酸酯、羰基迁移和β-脱羧。(b)磷酸戊糖途径的前几个步骤，以作比较。戊糖合成的新途径所提出的化学途径以葡萄糖酸盐开始，这是一种稳定的C6醛酸酯，在地球早期通过已知的基本糖类的前生物转化很容易获得。下一步是将C6醛酸酯非选择性地氧化成脲酸酯；这里的"非选择性"是指氧化过程不区分醛酸酯结构中的各种碳原子，因此有五种可能的氧化结果。通过实验和理论分析，研究人员深入研究了各种氧化产物，以弄清反应网络的细节。有趣的是，他们发现，无论氧化发生在哪里，生成的尿酸盐化合物都会发生一种被称为"羰基迁移"的分子内转化，直到形成特定的3-oxo-URONATE化合物。一旦达到这种状态，在H2O2和亚铁催化剂的作用下，3-氧代-尿苷酸盐很容易通过β-脱羧转化为戊糖，而这两种物质都与早期地球的条件相符。在建立并测试了这一复杂反应网络的全部过程后，研究人员注意到它与现代生化途径有着重要的相似之处。领衔作者易瑞勤强调说："我们证明了五碳糖的非酶合成途径，它依赖于化学转化，让人联想到磷酸戊糖途径的第一步，而磷酸戊糖途径是新陈代谢的核心途径。这些结果证明，前生物的糖合成可能与现存的生化途径有重叠。鉴于糖类在现代新陈代谢中无处不在，所提出的反应网络可能对第一批类生命系统的出现非常重要。"天体生物学影响和未来研究本研究的发现对天体化学和天体生物学具有重要意义。在1969年坠落地球的著名碳质陨石默奇森（Murchison）陨石中发现了大量的醛酸酯。与此相反，在现代生物系统中发现的典型碳水化合物却不在其中。这意味着醛酸酯可以在地外条件下形成和积累，而本研究表明，它们可能在生命组成元素的起源过程中扮演重要角色。Yi补充说："我们希望这项工作能掀起下一波天体生物学的热潮，将重点放在醛糖的研究上。"在未来的研究中，研究小组将重点关注C6醛酸酯是否能在地球早期积累到足够的量，以作为原生代谢出现的"养分"。首席研究员易瑞琴总结道："我们希望进一步了解这些醛酸酯如何从经典的前生物糖反应中生成，如甲糖反应和基里亚尼-费舍尔同源反应。值得注意的是，这些经典的前生物糖反应在现代新陈代谢中并不存在，因此，所提出的非酶途径可以作为早期糖类和理论上最早的生命形式所使用的碳水化合物之间一座急需的桥梁。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401995.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401995.htm

生命起源的新化学配方：指引我们前往外星人居住的遥远星球

生命起源的新化学配方：指引我们前往外星人居住的遥远星球生命需要化学反应的重复。描述自我维持重复所需的反应类型和条件（称为自催化反应），可以让我们集中精力寻找其他星球上的生命。资料来源：BetülKaçar他们的配料表通过指出最有可能的条件--行星版的混合技术、烤箱温度和烘烤时间--使食谱组合在一起，从而使寻找宇宙中其他地方的生命成为重点。研究人员说，从基本的化学成分到细胞新陈代谢和繁殖的复杂循环，生命的定义不仅需要一个简单的开端，还需要重复。美国国家航空航天局（NASA）支持的天体生物学家、华盛顿大学麦迪逊分校细菌学教授贝图尔-卡查尔（BetülKaçar）认为，生命的起源确实是一个从无到有的过程。但"无中生有"不可能只发生一次。生命归根结底取决于化学和条件，它们能够产生一种自我复制的反应模式"。BetülKaçar是美国国家航空航天局支持的天体生物学家，也是威斯康星大学麦迪逊分校的细菌学教授。资料来源：威斯康星大学麦迪逊分校化学反应产生的分子会促使相同的反应重复发生，这种反应被称为自催化反应。在9月18日发表于《美国化学学会杂志》（JournaloftheAmericanChemicalSociety）上的一项新研究中，卡查尔实验室的博士后研究员彭震（音译）与合作者汇编了270种分子组合，涉及元素周期表中所有基团和系列的原子，这些分子组合具有持续自催化的潜力。"人们认为这类反应非常罕见，"Kaçar说。"我们的研究表明，这种反应其实并不罕见。你只需要找对地方。"研究人员的研究重点是所谓的比例反应。在这些反应中，含有相同元素但电子数或反应态不同的两种化合物结合生成一种新的化合物，其中的元素处于起始反应态的中间。扎克-亚当是威斯康星大学麦迪逊分校的地球科学教授。资料来源：威斯康星大学麦迪逊分校这项研究的合著者、研究地球生命起源的威斯康星大学麦迪逊分校地球科学家扎克-亚当（ZachAdam）说，为了实现自催化，反应的结果还需要为反应的再次发生提供起始材料，因此输出变成了新的输入。配比反应会产生一些相关分子的多个副本，为自催化反应的下一步提供材料。亚当说："如果条件合适，你可以从相对较少的输出开始。"每当你进行一次循环，你就会吐出至少一个额外的输出，这就加快了反应的速度，使反应发生得更快"。自催化作用就像不断增长的兔子群。成对的兔子走到一起，生出一窝新兔子，然后新兔子长大，自己配对，生出更多的兔子。不需要太多的兔子，很快就会有更多的兔子。然而，在宇宙中寻找软软的耳朵和毛茸茸的尾巴可能并不是一个成功的策略。相反，Kaçar希望化学家们能从这项新研究的食谱列表中提取一些想法，并在模拟外星厨房的锅碗瓢盆中进行试验。"我们永远无法确切地知道这个星球上究竟发生了什么，从而产生了生命。我们没有时光机，"Kaçar说。"但是，在试管中，我们可以创造多种行星条件，以了解维持生命的动力如何首先进化。"Kaçar领导着一个由美国国家航空航天局（NASA）支持的名为"MUSE"的联盟，即"跨时代金属利用与选择"联盟。她的实验室将重点研究包括钼和铁元素在内的反应，她很期待看到其他人从新食谱书中最奇特、最不寻常的部分中烹饪出什么。卡尔-萨根（CarlSagan）说过，如果你想从头开始烤馅饼，首先你必须创造宇宙，Kaçar说。"我却认为，如果我们想了解宇宙，首先我们必须烤制一些馅饼。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385209.htm

科学家发现地球生命的潜在星际起源

科学家发现地球生命的潜在星际起源在地球上出现生命之前，基本的有机分子是由氮、硫、碳和磷等稀缺元素形成的。新的研究表明，富含这些元素的宇宙尘埃可能通过在地球上，特别是在冰原融洞中的高浓度积累，启动了前生物化学，从而有可能导致生命组成元素的形成。资料来源：NASA/JPL-Caltech事实上，生命的基本组成元素是如此稀少，以至于化学反应很快就会耗尽，如果它们真的能够进行的话。地球组成岩石的侵蚀和风化等地质过程也无法确保充足的供应，因为地壳中包含的这些元素实在太少了。尽管如此，在地球历史的前5亿年里，发生了一种前生物化学反应，产生了诸如RNA、DNA、脂肪酸和蛋白质等有机分子，所有生命都是在这些有机分子的基础上诞生的。所需数量的硫、磷、氮和碳从何而来？地质学家、诺米斯研究员克雷格-沃尔顿坚信，这些元素主要是以宇宙尘埃的形式来到地球的。这些尘埃是在太空中产生的，例如当小行星相互碰撞时。即使在今天，每年仍有约3万吨尘埃从太空落到地球上。然而，在地球诞生的早期，尘埃的数量要大得多，每年高达数百万吨。然而，最重要的是，尘埃粒子含有大量的氮、碳、硫和磷。因此，它们有可能引发化学级联反应。然而，灰尘的散布范围很广，在任何一个地方都只能发现极少量的灰尘，这一事实与上述说法相悖。沃尔顿说："但如果把运输过程包括在内，情况就会不同。风、雨或河流在大范围内收集宇宙尘埃，并以浓缩的形式沉积在某些地方。"澄清问题的新模式为了弄清宇宙尘埃是否可能是启动前生物化学（反应）的源头，沃尔顿与剑桥大学的同事们一起建立了一个模型。研究人员利用该模型模拟了在地球历史的最初5亿年里，有多少宇宙尘埃落到了地球上，以及这些尘埃可能在地球表面的哪些地方积聚。他们的研究现已发表在科学杂志《自然-天文学》上。该模型是与剑桥大学的沉积专家和天体物理学家合作开发的。英国研究人员专门从事行星和小行星系统的模拟研究。模拟显示，早期地球上可能存在宇宙尘埃浓度极高的地方。而且，来自太空的补给源源不断。然而，地球形成后，尘埃雨迅速锐减：5亿年后，尘埃流比零年小了一个数量级。研究人员将偶尔出现的上升高峰归因于小行星碎裂并向地球发送了尘埃尾流。冰原上的融化洞是尘埃陷阱大多数科学家和普通人都认为，地球被岩浆海洋覆盖了数百万年；这将在很长一段时间内阻止宇宙尘埃的迁移和沉积。沃尔顿说："然而，最近的研究发现，有证据表明地球表面冷却和凝固的速度非常快，并形成了大面积的冰原。"根据模拟结果，这些冰原可能是宇宙尘埃积聚的最佳环境。冰川表面的融化孔--即所谓的冷冻孔--不仅会使沉积物积聚，也会使来自太空的尘粒积聚。随着时间的推移，尘埃粒子中释放出相应的元素。当它们在冰川水中的浓度达到临界值时，化学反应就会自动开始，从而形成有机分子，这就是生命的起源。即使在熔洞冰冷的温度下，化学过程也有可能开始进行。沃尔顿说："低温并不会破坏有机化学，相反，低温下的反应比高温下的反应更有选择性和特异性。其他研究人员已经在实验室中证明，简单的环形核糖核酸（RNA）会在冰点附近的温度下自发地在这种融水汤中形成，然后进行自我复制。该论点的一个弱点可能是，在低温条件下，形成有机分子所需的元素只能非常缓慢地从尘埃粒子中溶解出来。"启动关于生命起源的辩论沃尔顿提出的理论在科学界并非没有争议。这项研究肯定会引发一场有争议的科学辩论，但它也会引发关于生命起源的新观点。早在18和19世纪，科学家们就确信陨石将沃尔顿所说的"生命元素"带到了地球。即使在当时，研究人员也在来自太空的岩石中发现了大量这些元素，但在地球的基岩中却没有发现。沃尔顿说："然而，从那时起，几乎没有人考虑过前生物化学主要是由陨石引发的这一观点。"沃尔顿解释说："陨石的想法听起来很有吸引力，但有一个问题。一块陨石只能在有限的环境中提供这些物质；陨石撞击地面的位置是随机的，而且无法保证进一步的供应。我认为，生命的起源不太可能依赖于几块广泛而随机散落的岩石。"另一方面，我认为富集的宇宙尘埃是一个可信的来源。"沃尔顿的下一步将是通过实验检验他的理论。在实验室中，他将使用大型反应容器来重现原始熔洞中可能存在的条件，然后将初始条件设定为40亿年前低温熔洞中可能存在的条件，最后再观察是否真的发生了产生生物相关分子的化学反应。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428240.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428240.htm

地球上的生命是如何起源的？新技术提供新见解

地球上的生命是如何起源的？新技术提供新见解有人假设，含有尿素（一种对形成核碱基至关重要的有机化合物）的小水坑暴露在这种强烈的辐射下，导致尿素转化为反应产物。这些产物就是生命的组成元素：DNA和RNA。但要进一步了解这一过程，科学家们需要进一步深入研究尿素电离和反应背后的机理，以及反应途径和能量消耗。研究人员利用创新的X射线光谱技术了解了电离的尿素分子可能如何促进了地球生命的起源，从而为原子化学的发展铺平了道路。上图显示了尿素水溶液中两个尿素分子之间光离子化诱导的质子转移。资料来源：LudgerInhester由通讯作者、现任东北大学同步辐射创新智能国际中心（SRIS）副教授的尹中，以及来自日内瓦大学（UNIGE）、苏黎世联邦理工学院（ETHZ）和汉堡大学的同事们组成的国际合作小组，通过一种创新的X射线光谱学方法，揭示了更多的信息。这项技术利用了高次谐波发生光源和亚微米级液体平面喷射器，使研究人员能够以无与伦比的时间精确度检查液体中发生的化学反应。最重要的是，这种开创性的方法使研究人员能够在飞秒级别（即一秒的四万亿分之一）研究尿素分子的复杂变化。Yin说："我们首次展示了尿素分子在电离后的反应。电离辐射会破坏尿素生物分子。但在消散辐射能量的过程中，尿素经历了一个发生在飞秒时间尺度上的动态过程"。以前对分子反应的研究仅限于气相。为了将这一研究扩展到水环境（即生物化学过程的自然环境），研究小组必须设计一种装置，能够在真空中产生厚度小于百万分之一米的超薄液体射流。较厚的液流会吸收部分X射线，从而妨碍测量。担任首席实验员的殷认为，他们的突破不仅回答了地球上的生命是如何形成的。它还在新颖的原子化学科学领域开辟了一条新途径。"更短的光脉冲是实时了解化学反应和推动attochemistry领域发展所必需的。我们的方法使科学家能够观察分子电影，沿途跟踪这一过程的每一步"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383315.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383315.htm