來自倫敦大學，杜塞爾多夫大學的研究人員第一次追蹤到了活細胞生物能量特征的起源：僅由巖石,，水和二氧化碳組成的一種途徑,。這一研究成果公布在Cell雜志上。
在生命起源的問題上,，首先需要解決的是能源問題,，因為生物體要進行新陳代謝和復制，就需要大量的能量,，而此時能催化特異性反應的酶還沒有進化出來,，大多數能量如果不用,，那么就只能丟棄。
那么,，早期地球上的這所有的能量來自于哪里呢,？又是如何能驅動生命所需的有機化學反應的呢？
答案就在海底熱液噴口（hydrothermal vent）的化學成分中,。在這篇論文中,，倫敦大學的Nick Lane和杜塞爾多夫大學的Bill Martin解答了這個關于能量來源的問題，以及為什么所有生命都采用了一種膜上節(jié)能性的離子梯度,。
“生命實際上是一個能源利用反應過程的副反應,。活體生物體需要大量的能量維持生存,，”Nick Lane說,。
人類每天需要消耗超過一公斤（700升）的氧氣，并呼出二氧化碳,。最簡單的細胞,，依賴于二氧化碳與氫的反應，也能在其呼吸過程中產生40倍重量的廢物,。這些所有的生物體中,，來自呼吸產生的能量都以膜上離子梯度的形式進行存儲。
這種奇特的特征與遺傳密碼一樣普遍,，Lane和Martin發(fā)現通過氫和二氧化碳生長的細菌,，其碳代謝和能量代謝的方式與在一種特殊的海底熱液噴口中出現的非化學平衡情況很相似，這種特殊的噴口就是堿性海底熱液噴口（alkaline hydrothermal vents）,。
研究人員根據檢測值發(fā)現天然質子梯度（沿著薄的半導電鐵硫礦物壁起作用）,，能帶動有機碳的同化，從而導致了這些噴口微孔中生命起源：原型細胞protocells的增多,。
之后研究人員又證明了這些protocells受到透氣性的限制,，最終迫使它們由自然質子梯度轉變成了生化鈉離子梯度，進化成了一個簡單的Na+/ H+轉運,。這一假設還推測一組早期節(jié)約能源所需的核心蛋白,，并解答了關于呼吸蛋白既有質子，又有鈉離子的謎題,。
同時這項研究也解釋了細菌和古細菌（單細胞微生物）之間的巨大差別,。Lane說，這是第一次“發(fā)現了這種僅由巖石,，水和二氧化碳組成的途徑,，如何發(fā)展成目前現存所有細胞奇特生物能量特征的。”(生物谷Bioon.com)
DOI:10.1016/j.cell.2012.11.050
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PMID:
The Origin of Membrane Bioenergetics
Nick Lane, William F. Martin
Harnessing energy as ion gradients across membranes is as universal as the genetic code. We leverage new insights into anaerobe metabolism to propose geochemical origins that account for the ubiquity of chemiosmotic coupling, and Na+/H+ transporters in particular. Natural proton gradients acting across thin FeS walls within alkaline hydrothermal vents could drive carbon assimilation, leading to the emergence of protocells within vent pores. Protocell membranes that were initially leaky would eventually become less permeable, forcing cells dependent on natural H+ gradients to pump Na+ ions. Our hypothesis accounts for the Na+/H+ promiscuity of bioenergetic proteins, as well as the deep divergence between bacteria and archaea.
