地球生命的存續(xù)依賴于碳、氫、氮、氧、磷、硫等有機(jī)元素（CHNOPS），這些構(gòu)成了生物體約98%的質(zhì)量。然而，僅靠這些元素并不足以支撐復(fù)雜的生化反應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)部還需要微量的金屬元素作為關(guān)鍵催化劑。為了揭示地球生命的演化歷程，科學(xué)家致力于追蹤這些關(guān)鍵元素在環(huán)境中的循環(huán)及其可用性變化。

鉬的催化優(yōu)勢超越稀缺性限制

鉬（Mo）是生物化學(xué)中至關(guān)重要的金屬元素，它能顯著加速細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)速度，從而使得復(fù)雜生命的出現(xiàn)成為可能。盡管科學(xué)家長期知曉鉬在大多數(shù)生命形式中的核心酶成分作用，但其歷史可用性及其如何塑造地球生命的具體過程曾一直模糊不清。近期獲得美國國家航空航天局（NASA）資助的一項新研究，揭示了鉬在生物圈中的歷史軌跡，以及早期生命如何在資源匱乏時依賴它。

此前有研究認(rèn)為，在地球早期階段，鉬的稀缺性構(gòu)成了生命利用它的障礙。但這項發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上的Zui新工作表明，即便在含量較低時，生命依然選擇了鉬。該研究的共同第一作者是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校細(xì)菌學(xué)系的阿雅·克洛斯（Aya Klos），作者是該?？ㄇ枌嶒炇遥↘a?ar Lab）負(fù)責(zé)人貝圖爾·卡恰爾（Betül Ka?ar）?？ㄇ栠€領(lǐng)導(dǎo)著位于該校的美國國家航空航天局天體生物學(xué)跨學(xué)科聯(lián)合體（ICAR）項目“MUSE”。

推翻“先鎢后鉬”的傳統(tǒng)演化假說

卡恰爾在新聞稿中指出：“鉬位于運行主要碳、氮和硫反應(yīng)的酶的催化中心。詢問生命何時開始使用鉬，實際上是在詢問某些Zui具影響力的代謝策略何時成為可能?！绷硪环N金屬鎢（W）扮演著與鉬相似的角色，現(xiàn)代一些極端環(huán)境生物甚至完全依賴鎢而非鉬?？茖W(xué)家曾推測，早期生物可能先利用鎢，隨后隨著鉬的可用性增加才演化出使用鉬的能力。然而，這項研究得出了相反的結(jié)論。

研究人員追蹤了鉬在整個地球歷史中的豐度及其在生命之樹各分支生物中的使用情況。他們發(fā)現(xiàn)，盡管古代鉬資源稀缺，但古老微生物仍利用了它；鎢的情況亦然。這表明生物體并非遵循簡單的“先鎢后鉬”路徑?？ㄇ柋硎荆骸拔覀兊墓ぷ黠@示，使用鉬和鎢的酶系統(tǒng)均起源于太古宙（Archean），這意味著早期生命可能同時利用這兩種金屬?！狈肿訙y年數(shù)據(jù)顯示，鉬的利用可追溯至37億至31億年前的古太古代至中太古代，遠(yuǎn)早于大氧化事件（Great Oxidation Event, GOE）。

盡管早期地球上的鉬并未廣泛分布，但在某些局部地區(qū)是可獲取的。海底熱液噴口是鐵、鋅、錳、鎢和鉬等金屬的早期來源地——這也是天體生物學(xué)家關(guān)注太陽系其他海洋世界（如木衛(wèi)二、土衛(wèi)六）類似噴口的原因之一?？ㄇ柦忉尩溃骸凹词固胖婧Ｋ腥芙獾你f整體很少，但像熱液噴口這樣的局部系統(tǒng)仍能提供可用的鉬和其他金屬?！?/p>

從地球演化到系外行星探測啟示

關(guān)鍵在于，盡管這些局部地區(qū)有多種金屬可用，生命卻選擇了鉬。在細(xì)胞功能方面，鉬就像是一把“瑞士軍刀”，因其能在廣泛的底物和氧化還原條件下進(jìn)行催化，這種優(yōu)勢使其即便在整體稀缺的情況下仍變得至關(guān)重要?？ㄇ栔赋觯骸般f可能因其‘值得被選擇’，因為它能實現(xiàn)廣泛的催化作用。換句話說，稀缺性并未使鉬變得不重要；其催化優(yōu)勢可能促使生命演化出獲取和利用它的方式?！?/p>

研究團(tuán)隊還解釋，在大氧化事件前后及期間，基于鉬的酶及其相關(guān)系統(tǒng)變得更加普遍。隨著氧化風(fēng)化開始從陸地向海洋輸送更多的鉬，基于鉬的生物化學(xué)部分可能是為了應(yīng)對供應(yīng)源從熱液噴口向河流輸入的轉(zhuǎn)移而演化的。

這一發(fā)現(xiàn)對尋找地外生命具有深遠(yuǎn)影響?？ㄇ枏娬{(diào)：“美國國家航空航天局ICAR項目表明，繪制地球生物必需元素的演化歷史，有助于預(yù)測其他世界生命可能使用的元素。不同的非生物庫存可能導(dǎo)致不同的生物元素選擇。生命探測應(yīng)具備‘金屬意識’、‘氧化還原狀態(tài)意識’和‘演化意識’。我們不應(yīng)僅尋找‘當(dāng)下的類地生命’，而應(yīng)尋找那些在具有不同氧化歷史和金屬可用性的星球上合理的生化策略?！?/p>

地球從原始的化學(xué)湯演變?yōu)槿缃裆鷻C(jī)勃勃的星球，是一部漫長而復(fù)雜的史詩?？茖W(xué)家通過追蹤生命如何利用鉬等稀缺元素來提升效率和復(fù)雜性，不僅深化了對地球生命的理解，也為探索其他宜居系外行星提供了關(guān)鍵線索。