科學家發現生命構成要素的起源：最初的蛋白質長啥樣

寇建超

地球上的生命來自哪里？這是全人類都在一直探索的共同問題。早在2018年，美國羅格斯大學的研究人員就發現，對細胞、生命的基本組成和功能至關重要的蛋白酶，很早就已經存在，甚至設計合成了一種蛋白質模型。但生命起源最初的蛋白質究竟什么樣？依然不清楚。

具備這種折疊結構的蛋白質，可能是新陳代謝演化中最早的蛋白質之一

人類的DNA由編碼長幾百到幾千個氨基酸的蛋白質的基因組成，這些復雜的蛋白質是數十億年演化的結果。研究認為，生命剛剛開始時的蛋白質結構可能要簡單得多，也許只有10個—20個氨基酸長。生命起源最初的蛋白質究竟是什么樣的？這一次，美國羅格斯大學的科研人員發現了它。3月16日，據新聞網站Phys.org報道，羅格斯大學的研究人員發現了負責新陳代謝的蛋白質結構的起源：一種簡單分子，它為地球早期生命提供能量，并可以作為美國國家航空航天局（NASA）用來尋找其他星球上的生命的化學信號。他們的研究預測了35億年—25億年前最初蛋白質的結構，這一成果已經發表在《美國國家科學院院刊》上。

就像完成一個有千百塊碎片的拼圖一樣，科學家追溯了酶（蛋白質）從現在到遙遠過去的演變。要完成這個拼圖需要找到兩個缺失的碎片，如果沒有它們，地球上的生命就不可能存在。通過構建一個由它們在新陳代謝中的作用連接起來的網絡，這個團隊發現了缺失的碎片。羅格斯大學羅伯特伍德約翰遜醫學院（Robert Wood Johnson Medical School）生物化學和分子生物學教授維卡斯，南達表示，“我們對地球生命的起源知之甚少，這項工作讓我們能在更大時間跨度內尋找并提出最早的代謝蛋白。”

此外，維卡斯·南達還談到：“我們將在實驗室進行測試，以更好地了解地球上生命的起源，并告知生命可能如何起源于其他地方。我們正在實驗室中建立蛋白質模型，并測試它們是否能引發對早期代謝至關重要的反應。”據了解，由羅格斯大學牽頭的一個名為ENIGMA的科學家小組正在NASA的資助下，以NASA天體生物學計劃成員的身份進行這項研究。ENIGMA項目試圖揭示催化生命早期階段的最簡單蛋白質的作用。“我們認為，就像樂高積木一樣，生命由非常小的‘積木來制造簡單細胞和像我們這樣更復雜的生命體。”ENIGMA首席研究員、羅格斯大學新布倫瑞克分校著名教授Paul G. Falkowski說：“我們認為我們已經找到了這個生命的積木——導致細胞、動物和植物進化的樂高積木。”

這個羅格斯大學研究小組重點研究了兩個蛋白質“折疊”，它們很可能是早期新陳代謝中的第一個結構。它們是鐵氧化還原蛋白折疊（ferredoxin fold）和羅斯曼折疊（Rossmannfold），前者結合鐵—硫化合物，后者常見于核苷酸結合蛋白質，特別是輔因子NAD結合蛋白。這是生命進化中必不可少的兩塊“積木”。蛋白質折疊是蛋白質獲得其功能性結構和構象的過程。通過這一物理過程，蛋白質從無規則卷曲折疊成特定的功能性三維結構。Ferredoxin是在現代蛋白質中發現的金屬，通過使得機體內的電子來回穿梭來促進新陳代謝，電子流經固體、液體和氣體，并為生命系統提供動力。同樣的電動力必須存在于任何其他有可能支持生命的行星系統中。有證據表明，這兩個蛋白質折疊可能有一個共同的祖先，如果是真的，它可能是生命的第一個代謝酶。（摘自美《深科技》）（編輯/諾伊克）