一种稀有金属可能比预想中更早成为生命的核心
受 NASA 资助的研究人员表示，地球上的生命在 30 多亿年前就已经在使用钼，这一发现把一项重要的生化能力推回到地球早期历史深处。发表在 Nature Communications 上的这项研究被描述为首次显示，钼在 33 亿至 37 亿年前就已支持远古生命，而那时这种金属在地球海洋中远未变得丰富。
这一结果之所以重要，是因为钼位于酶的活性中心，这些酶能加速生物学中一些最关键的反应，包括碳、氮和硫循环的部分过程。没有这种催化帮助，这些反应仍然可以发生，但速度太慢，无法维持我们今天所知的生命。从这个意义上说，追问生命何时开始使用钼，也是在追问某些强大的代谢策略何时开始可用。
稀缺却必需的元素所带来的悖论
在现代地球上，钼相对容易获取。但数十亿年前的地质证据表明，海洋中只存在微量钼。直到更晚些时候，在大约 24.5 亿年前、光合微生物推动“大氧化事件”的时期，钼的含量才显著上升。这段漫长的空白给天体生物学家留下了一个开放问题：如果古代地球上的钼如此稀少，早期生命是否转而依赖其他金属？
钨常常出现在这类讨论中，因为它在细胞中的行为可能相似，而且某些生活在极端环境中的生物至今仍在使用它。新研究表明，即使在匮乏条件下，钼也比许多研究人员原先预期得更早进入了生命的工具箱。
为什么这会改变对早期代谢的认识
该研究的资深作者、威斯康星大学麦迪逊分校的 Betül Kaçar 表示，这不仅仅是化学趣闻。钼位于驱动重大行星尺度反应的酶的活性中心。如果生物在 33 亿至 37 亿年前就已经将其纳入体内，那么重要的代谢系统可能是在比今天恶劣得多的环境约束下出现的。
这引出了一个更深层的进化问题。生命未必会等到理想的地球化学丰度才采用一种有用元素。相反，它可能在这些金属广泛可用之前很久，就已经发展出获取并保存稀有金属的策略。这项研究的框架暗示，远古生物不仅善于把握机会，而且在面对行星尺度的稀缺时也具有惊人的适应性。
对天体生物学的影响超越地球
由于这项工作由 NASA 资助，并且明确与天体生物学相关，其意义超越了地球自身的历史。生物必需元素的分布是科学家评估一个世界是否可能支持生命时考虑的因素之一。如果生命能比原先设想更早地利用一种稀有金属，那么研究人员对其他行星或卫星宜居性的思考方式也会随之拓宽。
这并不意味着任何含有钼痕迹的环境就突然成了生命的高概率摇篮。但它确实表明，单靠低丰度并不能排除重要的代谢化学。这对于一个试图从不完整行星数据中推断生物可能性的领域来说很有帮助。
对生命早期化学史的修正
这项研究也与此前关于钼在地球环境中上升的观点相互关联。此前的研究曾提出，在大气氧化时期钼可用性的增加，可能对后来的生物复杂性很重要。新发现并不否定这一更大的思路，但它修正了更早的章节。生命似乎在海洋提供接近现代丰度之前很久，就已经找到了使用这种金属的方法。
这使得该结果既具有地球化学意义，也具有进化意义。它既说明了古代地球的环境，也说明了其中生物的创造力。早期生命或许拥有比人们预想更复杂的催化工具包，即便当时的地球本身仍然化学条件贫瘠。
对于天体生物学而言，信息很明确：稀缺并不一定意味着功能缺失。如果依赖钼的生物化学在地球如此早期就已活跃，那么寻找地外生命的科学家也许需要更认真地思考，生命系统如何利用边缘性资源。有时，最有说服力的证据不是关键成分是否丰富，而是生命是否学会了照样使用它。
本文基于 science.nasa.gov 的报道。阅读原文。
Originally published on science.nasa.gov