当我们仍在同一锅汤的时候,谁来传递电子?

大家应该都知道米勒‧尤里实验吧(Miller-Urey Experiment),米勒与尤里为了要证明在三十亿年前的原始地球的环境下可以产生有机分子,设计了以下的实验:

烧瓶里面充满了水蒸气、甲烷、氨、氢气、一氧化碳,用电极放电来取代闪电,还有冷却系统模拟下雨,这样不间断的煮两个星期以后,发现10-15%的碳原子形成有机化合物(糖、氨基酸),由此证明了在原始地球的环境下,有机物质是可以形成的;而在这个实验里的那一锅汤,也就被称为“原始汤”(primordial soup)。

随后,有人就提出在那样的环境下,究竟是先有DNA(去氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、还是蛋白质呢?目前大家都认为应该是RNA先形成,然后才会有其他的东西。当然,后来也有不少实验室都证明了,RNA可以当作酵素。

RNA可以当作酵素没错,但是RNA是否能参与电子传递呢?

电子传递是生物中很重要的反应,包括呼吸链(respiration)、光合作用(photosynthesis)以及由RNA来形成DNA都需要电子的传递,如果RNA在原始地球的环境中不能进行这样的反应,那么先前所有的理论可能都有点岌岌可危了。

为了要实验究竟RNA在原始地球的环境下是否能进行电子传递,乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的威廉斯教授(Loren Williams)所带领的研究团队做了一个实验。

在实验中,他们测试十种不同的RNA在无氧的环境下是否能进行电子传递。由于在原始地球的环境中,铁离子(Fe2+)的浓度其实是很高很高的,所以他们测试了铁离子;但是在现代的环境中,RNA经常与镁离子(Mg2+)结合,所以他们也测试了镁离子。

结果威廉斯教授的研究团队发现,铁离子能在原始地球的环境中与RNA合作进行电子传递。尤其是23S rRNA(存在于核糖体中)与tRNA(转移RNA,与核糖体共同负责蛋白质的合成),当他们在原始地球环境下和铁离子结合时,电子传递的速率是这十种RNA里面最高的。相对的,没有任何一种RNA在与镁离子结合时,能够在原始地球的环境下参与电子传递。

那么,什么时候开始,RNA不再与铁离子合作呢?

可能是在光合作用出现以后,氧气开始进入大气,便将铁离子氧化成为铁锈,形成一圈圈的沉积物(铁矿)。这时候的铁无法再被生物所利用,于是不得不由铁转向镁。当然,当氧气开始进入大气以后,地球的环境也和最开始的时候不同,这时候开始转而利用镁离子是有利的。

能够证明电子传递可以在原始地球的环境下以不同的分子进行,对于探索生物由何而来是迈进了一大步;威廉斯教授的研究团队将会继续探索,在原始地球的环境下,其他生物必要的反应是否也能够进行。

作者:柚子皮皮,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/shengwu/2500.html