離開細胞，也能新陳代謝

新陳代謝是生命的基本特徵之一，有機體通過它獲得生命活動所需要的能量、排除廢物。以往科學家認為，新陳代謝只發生在細胞里，與其有關的一系列生化反應，也只有在酶的催化作用下才能完成。

可是最近，科學家發現，某些新陳代謝過程即使離開細胞，離開酶的幫助，在相對簡單的條件下也能發生——當然，這裡的「新陳代謝」已經突破了傳統課本上「生物體與外界環境之間的物質和能量交換，以及生物體內物質和能量的轉變過程」的定義，而單指一系列環環相扣的生物化學反應。

新陳代謝還是RNA在先？

作為生命的基本特徵之一，新陳代謝是如何起源的？這是我們理解生命起源問題的一個大障礙（另一障礙是能自我複製的遺傳物質，像DNA和RNA，是如何起源的）。環視地球上所有的生命，不論是單細胞生物還是複雜的高等動物，細胞中的新陳代謝過程看起來都非常相似。這意味著，在進化的過程中，新陳代謝出現得非常早，為所有生物的共同祖先所具有，但沒人知道它是怎麼來的以及何時出現的。

在生命的起源問題上，有一個佔主流的假說認為，在構成生命的基本單元中，最先出現的是RNA——此即著名的「RNA世界」假說。RNA的好處是，一方面它像DNA一樣能編碼遺傳信息，能自我複製；另一方面，它又比DNA簡單，而且還能替代酶，催化許多生化反應。在這個假說中，RNA出現在新陳代謝之前，最早的新陳代謝是在RNA的催化之下才得以實現的，正如今天細胞的新陳代謝需要酶的催化來完成一樣。

然而，也有一種相反的觀點，即新陳代謝出現在先。它甚至產生了製造RNA所需要的有機分子，後來細胞把眾多參與新陳代謝的反應整合為一，就好比把一堆零碎的東西打了一個包。

然而，支持這一種觀點的證據並不多。現在，科學家終於為這一觀點提供了首個證據：在沒有RNA的條件下，某些新陳代謝過程是可以發生的。

離開細胞，新陳代謝也能發生

這一發現純屬偶然。2013年的一天，劍橋大學的一個研究小組正在對細胞的培養基做例行的檢查，一名學生突發奇想，把一種從未用過的培養基放在儀器上檢測。結果，他發現裡面竟然含有丙酮酸。學生物的人都知道，丙酮酸是一個叫「糖酵解」的新陳代謝過程的代謝產物，這個過程一般只發生在細胞中，而培養基里壓根兒一個細胞都沒有。換句話說，離開了細胞，這樣一個新陳代謝過程竟然自發地發生了。

為了驗證類似的自發過程是否在地球早期也曾發生過，研究小組根據40億年前地球處於太古代時海水的「配方」（那時光合作用還沒出現，氧氣也極度稀缺，海水裡富含鐵和其他金屬離子，以及磷酸鹽），製取了一些水溶液，加進一些用於啟動現代新陳代謝的化學物質。他們把這鍋「湯」加熱到50～70℃。這個溫度類似於海底熱液噴泉附近的溫度。這樣持續5個小時，然後分析溶液的成分。

我們知道，新陳代謝有很多途徑，譬如有「有氧的新陳代謝」，有「無氧的新陳代謝」。但不管怎麼說，每一個新陳代謝過程都是由眾多環環相扣的生化反應組成的：這個反應的產物又將成為下一個反應的原料，一直到產物變成尿酸和水等不能再循環利用的廢物為止。

新陳代謝應該出現在RNA前面

那鍋「湯」經過這樣處理後，研究人員原本指望，能找到參與新陳代謝的1～ 2個反應就不錯了，但結果大出乎意料，他們找到29個與新陳代謝有關的反應，它們看來是被鐵和其他出現於早期海洋中的金屬離子催化的。這些反應足夠完整地重建兩個新陳代謝過程。

這兩個過程，一個是糖酵解過程，另一個是磷酸戊糖循環。兩個過程都是每個活細胞中新陳代謝的「主心骨」——在細胞中，這兩個過程同時還產生某些非常重要的物質，包括能量分子ATP和用於製造DNA、RNA的糖類分子，以及用於製造蛋白質和脂肪的有機分子。儘管新發現的這兩個新陳代謝過程與今天在細胞里發生的並不完全一致——也許在酶進化出來之後，這些過程在細胞里被做了一些改進——但產物基本上是一樣的。

尤為引人注目的是一種叫「5-磷酸核糖」的代謝產物。它是一種再經過一次化學反應即可生成RNA的有機分子。從這一點，我們有理由相信，新陳代謝應該出現在RNA的前面。

這個發現為探索地球生命的起源提供了一條重要線索。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！