科学家复活远古酶，探寻地球最古老生命的生活环境

我们对于40亿年前地球形成之初的表面温度了解甚少，这将限制科学家对地球生命起源的研究，以及对遥远星球如何孕育生命形式的推测分析。目前，研究人员最新研究显示，通过复活远古酶，能够评估出数十亿年前地球孕育微生物时的温度条件，最新研究报告发表在近期出版的《美国国家科学院院刊》上。

研究报告第一作者、美国加州大学洛杉矶分校古生物学家阿曼达·加西亚说：“我们不仅需要更好地理解地球最早生命形式是如何孕育形成的，而且还要掌握在数十亿年地质历史中生命和地球环境如何共同进化。类似的共进化过程可能也出现在宇宙其它星球上的生命形式。”

加西亚和她的同事聚焦地球表面温度的历史变化，岩石提供了5.5亿年前新生代的表面温度变迁，当时复杂的多细胞生物已出现，其中包括人类最早的祖先物种。然而，寒武纪早期很少存在这样的“古温度计”，能够跨越46亿年前地球形成和生命的崛起。

之前的地质证据表明，35亿年前的太古代，地球海洋温度在55-85摄氏度之间，相比之下，现今海洋温度明显降低，平均只有15摄氏度。科学家通过检查海洋岩石中的氧和硅同位素做出了以上温度评估分析，黑硅石是海底石英含量较高的一种岩石结构，当海水温度降低时，黑硅石中重氧18和硅30同位素指数将升高。一般而言，氧和硅同位素比率从高至低变化，将揭晓远古海洋的温度状况。

但是像这样的“古温度计”无法充分体现过去几十亿年里岩石或者海洋可能发生的变化，或许海水中同位素比率变化将响应物理或者化学变更，例如：陆地上的水流或者热液喷口处的水流。

基于这些不确定因素，加西亚和她的同事计划对寒武纪前期海水温度进行独立测量，该时期以生物分子活动性为中心，科学家检测了一种酶——二磷酸核苷激酶(NDK)，这将有助于控制DNA和RNA的构建，以及其它许多角色。事实上，二磷酸核苷激酶存在于所有活体微生物，同时很可能对于许多灭绝微生物至关重要。之前研究发现蛋白质最佳温度和微生物生长之间存在着相互关系。

通过对比当代不同生物二磷酸核苷激酶的分子序列，研究人员重建了一种可能存在于远古祖先物种中的二磷酸核苷激酶。合成这些重建物质，科学家能够以实验方法测试这些“复活”远古蛋白质，用于发现稳定蛋白质中的温度，以及推断出支持远古微生物存在的温度条件。

科学家通过观察这些宿主微生物最近亲物种，评估远古酶什么时候可能存在，这些近似物种基因序列差异性越大，它们最后一个共同祖先物种存活时间可能就越长。科学家使用这些差异性估测了“复活NDK”等生物分子的年龄。

之前研究重建了远古酶，用于推测远古地球温度，但是一些酶可能来自生活在非常炽热环境的微生物，例如：深海热液喷口，它无法代表海洋的平均温度。目前，加西亚和同事重建了源自陆生植物和生活在海洋照射层光合细菌的二磷酸核苷激酶，该条件远离沸腾的海底热液喷口。

这项研究认为，大约30亿年前地球表面温度从75摄氏度，到4.2亿年前降低至35摄氏度。该发现与之前地质和酶基础分析结果相一致。加西亚称像这样的显著降温很难彻底理解，她还强调指出，科学家需要记住远古时期生命逐渐进化时的条件是如何随着时间推移而产生差异变化的。

加西亚说：“这需要努力设想一个世界，它与当前地球状况的普遍认知似乎不符。”未来研究可以从许多微生物重建二磷酸核苷激酶，以及其它酶，提供更多的证据支持这种方法，这样的研究将有助于揭晓生命早期进化和地球环境的重大谜团。