科學研究 - 日德法團隊發現生命起源的化學反應，僅用無機物就能簡單合成有機物

日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所的五十嵐健輔研究員等人，與德國杜塞爾多夫大學、法國斯特拉斯堡大學、德國馬克斯·普朗克煤炭化學研究所及柏林夏裏特醫學院共同發現，使用礦物質作爲觸媒，用氫氣（H2）和二氧化碳（CO2）合成了有機物質，並提出了這種反應有可能就是生命起源的觀點。

生命是由有機物質組成的，但生命最初的有機物質是如何產生的始終存在衆多謎團。目前比較有力的假說是，透過單純的氣體合成了有機物質，這些有機物質的積累誕生了生命。原始地球上有很多地下熱水噴出口，其中富含氫氣和二氧化碳，以及可以作爲觸媒的礦物質，被認爲是生命起源地的最佳候選。

此前雖然已在數百度以上的極端條件下證實了可以用氫氣和二氧化碳合成有機物，但沒有以天然礦物質爲觸媒，在接近生物代謝反應的溫和條件下的反應。此次發現來自熱水噴口的多種礦物質可以發揮觸媒的作用，在100 ℃以下用二氧化碳合成出有機物質。這項成果有望爲了解生命起源做出巨大貢獻。

此次發現的反應的概要

研究内容

在原始地球環境下由無機物產生有機物質的反應在化學研究中特別重要，基於氫氣的二氧化碳還原反應就是個典型例子。這種反應不僅能生成有機物質，很多時候還會釋放出能量，被認爲是初期生命誕生時的能量來源。不過，要想進行這種反應，需要克服高活化能的障礙，因此科學家們認爲應該有合適的觸媒存在。

圖1：熱水噴口形成的3種天然礦物質，以此爲觸媒透過二氧化碳合成了有機物質

此次，研究團隊透過實驗證明，3種天然礦物質（膠黃鐵礦Fe₃S₄、磁鐵礦Fe₃O₄、鐵鎳礦Ni₃Fe）均可作爲氫氣還原二氧化碳還原反應的觸媒（圖2）。作爲觸媒的3種天然礦物質被認爲可透過地下熱水與岩石的反應持續形成，並聚積在熱水噴口附近。研究團隊類比原始地球環境的雜異化條件，藉助這些礦物質使氫氣、二氧化碳和水發生反應，合成出了甲酸、乙酸、丙酮酸等可能是初期生命誕生基礎的多種有機物質。

該反應的基本原理與最原始的生物甲烷菌和產乙酸菌等進行的氫氣還原二氧化碳的反應（還原性乙酰輔酶A途徑）相似（圖2）。該反應高度支援「利用礦物質表面無機（非生物性）產生的二氧化碳合成有機物的反應透過提供有機物質和能量，創造了具有自營性的初期生命」的假說。研究認爲，隨着這種二氧化碳還原反應持續發生，蛋白質、核酸以及脂質得以產生，最終促成了初期生命的誕生。

此次的成果表明，其他行星只要具備有熱水噴口等條件，也可能合成有機物和誕生生命。這爲探索生命的起源和外星生命提供了重要的線索。相關成果已於2020年3月2日發佈在《Nature Ecology & Evolution》期刊上。