挑战传统观点：细胞并非起源于海洋

生命的起源一直都是科学家们研究的焦点课题，目前普遍认为生命起源于海洋，但是来自美国等处的科学家们指出所有细胞中含有的钾，磷和过渡金属的含量，都比现代海洋（或者重构原始海洋），湖泊，以及河流中的含量高得多，而细胞是通过一种成熟的，依赖于能量的膜蛋白酶保持内部离子的浓度。首个生成的细胞即没有能锁定离子的细胞膜，也没有膜蛋白泵，那么只能与环境保持平衡了。

　　

生物通报道：生命的起源一直都是科学家们研究的焦点课题，目前普遍认为生命起源于海洋，但是来自美国NCBI，德国奥斯纳布吕克大学等处的研究人员2月14日发表了题为“Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields”的文章，通过分析细胞关键离子的比例，指出了细胞离子浓度的问题，从而提出海洋不具备细胞生成的成分要求，反而是内陆很可能是起源地。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者之一是一位具有传奇色彩的科学家Eugene V. Koonine，这位进化生物学家在1980年代末就开始发表了一系列卓越的研究成果，90年代从莫斯科来到了美国，并扎根于NCBI(美国国立生物信息中心)，这里的数据库丰富，还汇聚了全世界的绝大部分的生物分子信息，Koonine教授通过分析整理这些数据，发表了连续的从分子生物学和进化角度阐明生命进化之树的卓越的优秀论文。

关于生命的起源，目前普遍认为起源于海洋，这一理论认为大约在45亿年前，地球就形成了。大约在38亿年前，当地球的陆地上还是一片荒芜时，在咆哮的海洋中就开始孕育了生命——最原始的细胞，其结构和现代细菌很相似。大约经过了1亿年的进化，海洋中原始细胞逐渐演变成为原始的单细胞藻类，这大概是最原始的生命。

但是在这篇文章中，研究人员分析了细胞的化学成分，指出所有细胞中含有的钾，磷和过渡金属的含量，都比现代海洋（或者重构原始海洋），湖泊，以及河流中的含量高得多，而细胞是通过一种成熟的，依赖于能量的膜蛋白酶保持内部离子的浓度。首个生成的细胞即没有能锁定离子的细胞膜，也没有膜蛋白泵，那么只能与环境保持平衡了。

因此研究人员认为现代细胞中的离子构成也许反映了原型细胞（protocells）起源地的无极离子构成。从而研究人员就尝试重构首个细胞生成的“孵化地”，他们发现原型细胞很可能是在内陆装配起来的，在类似于今天的黄石国家公园的地热区里，火山活动把来自地球内部的蒸汽释放出来，这些排放的化学成分最符合细胞的无机化学组成。

研究人员提出如果这种由火山喷发而形成的蒸汽在附近合适的陆地中凝结，形成水塘，那么就有可能孵化出首个原型细胞。

生命起源研究十分有趣，也是科学家们孜孜以求的一个重要研究方向，近期除了上述研究研究之外，来自英国约克大学的研究人员还重构了DNA中糖分子，解析了DNA中糖分子是如何重建的。

研究人员发现使用简单的左手形式氨基酸可以催化糖类形式，最终产生显著的右手形式糖分子。这将能够解释碳水化合物如何形成以及右手形式分子为什么在自然形态中占主要地位。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields

All cells contain much more potassium, phosphate, and transition metals than modern (or reconstructed primeval) oceans, lakes, or rivers. Cells maintain ion gradients by using sophisticated, energy-dependent membrane enzymes (membrane pumps) that are embedded in elaborate ion-tight membranes. The first cells could possess neither ion-tight membranes nor membrane pumps, so the concentrations of small inorganic molecules and ions within protocells and in their environment would equilibrate. Hence, the ion composition of modern cells might reflect the inorganic ion composition of the habitats of protocells. We attempted to reconstruct the “hatcheries” of the first cells by combining geochemical analysis with phylogenomic scrutiny of the inorganic ion requirements of universal components of modern cells. These ubiquitous, and by inference primordial, proteins and functional systems show affinity to and functional requirement for K+, Zn2+, Mn2+, and phosphate. Thus, protocells must have evolved in habitats with a high K+/Na+ ratio and relatively high concentrations of Zn, Mn, and phosphorous compounds. Geochemical reconstruction shows that the ionic composition conducive to the origin of cells could not have existed in marine settings but is compatible with emissions of vapor-dominated zones of inland geothermal systems. Under the anoxic, CO2-dominated primordial atmosphere, the chemistry of basins at geothermal fields would resemble the internal milieu of modern cells. The precellular stages of evolution might have transpired in shallow ponds of condensed and cooled geothermal vapor that were lined with porous silicate minerals mixed with metal sulfides and enriched in K+, Zn2+, and phosphorous compounds.