生命對「鉬」極致執著!30 億年前資源稀缺,仍千方百計尋找鉬驅動生物反應
鉬看起來是很冷門的金屬元素,卻是極重要生命推手,讓地球生命為之瘋狂。這種金屬有助加速細胞重要生化反應,是驅動多種生物反應的酵素必需成分,最近科學家進一步發現 30 億年前古老生命就開始使用鉬驅動生命反應,即使當時地球上的鉬極度稀缺。
鉬位於某些關鍵酵素進行碳、氮、硫反應的催化核心,這些酵素需要鉬輔酶(Molybdenum cofactor)結構,簡單說由一個有機框架 + 鉬金屬組成「工具頭」,用來催化很難進行的生物反應。
過去地質證據顯示數十億年前地球海洋只存在微量鉬,隨著微生物開始進行光合作用使大氣氧含量增加,約 24.5 億年前迎來大氧化事件,才對生命演化產生深遠影響,NASA 先前研究曾表明,鉬約在此時期增加,可能是複雜生命進化必須物質。
在大氧化事件前,科學家認為生命應該透過化學性質相似的鎢金屬加速重要生化反應,然而新研究發現,儘管古地球環境鉬很稀缺,31~37 億年前古老生命仍已找到利用鉬的方法。
研究表明,使用鉬、鎢的酵素系統根源都能追溯至太古宙,表明早期生命可能同時使用這 2 種金屬工作,而不是遵循「先鎢後鉬」脈絡。
早期地球海洋缺鉬,但生命還是從提供微量鐵、鋅、銅、鎳、錳、釩、鉬、鈷、鎢金屬的海底熱泉(hydrothermal vent)找到鉬補給站,即使存在其他有用金屬,鉬某種程度上仍是生命做為超級催化劑的首選,鉬能高效驅動碳、氮、硫化學反應,優勢大到讓生命願意費盡心機尋找。
該研究告訴我們別小看生命的靈活性與執著,只要某種元素對生命來說極重要,生命就不會輕易放棄採納它,而是演化出獨特使用策略。換句話說,如果一顆系外行星含氧量、金屬特徵與地球歷史不同,那裡的生命便可能選擇全然不同的金屬做為自身生化反應催化劑。
新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。
Earliest Organisms on Earth Built Their Biochemistry around Molybdenum, Study Suggests
Three billion years ago, Earth's life relied on a rare metal
(首圖來源:AI 生成)