国立先进产业技术研究所 [主席：Ryoji Chubachi]（以下简称“AIST”）生物过程研究部 [铃木馨，研究主任] 五十岚健介，环境生物学功能开发研究组研究员，Nobu Masaru Konishi，生物技术领域生物资源信息基础设施研究组研究员 [松冈胜典，主任] 镰形洋一助理主任正在与杜塞尔多夫大学、斯特拉斯堡大学、马克斯·普朗克煤炭化学研究所和柏林夏里特医科大学合作研究矿物。催化剂2) 和二氧化碳 (CO2)合成有机物质，并提出该反应产生的有机物质可能是生命诞生的基础。
生命是由有机物构成的，但当生命最初出现时，有机物是如何形成的，还有很多谜团。到目前为止，主要的假设是有机物是由简单气体合成的，而生命是由这种材料的积累产生的。热水从地下涌出热液喷口在原始地球上含量丰富，其中 H2和二氧化碳2，因为有丰富的矿物质可以充当催化剂生命的起源出生地的候选地。但直到现在，H2和二氧化碳2有机物质的合成在化学工业中已经在数百摄氏度或更高的极其恶劣的反应条件下得到了证明，但从未有过在温和条件下证明与使用天然矿物质作为催化剂的生物体的代谢反应类似的反应的例子。这次，被认为存在于热液喷口中的多种矿物质充当了催化剂，并且二氧化碳2合成。这一结果有望极大地有助于理解生命起源。
此结果于 2020 年 3 月 2 日（英国时间）公布自然生态与进化发表在杂志上。
本次发现的反应总结
生命起源是自有历史记录以来人类多年来一直在思考的最大科学主题之一。生命的起源（早期生命）是在 40 至 38 亿年前的地球上化学进化的过程创建的为了研究化学演化过程是如何发生的，人们进行了许多实验室实验来模拟当时的环境，并从简单的材料中创造出复杂的有机物质，例如生物分子。在热液喷口中，H2和二氧化碳2是持续供应的、矿物催化的 CO2的还原反应允许逐步合成复杂的有机化合物（图1）。因此，由于能量和有机物的持续供应，这种环境中的化学演化过程被认为变得更加复杂。此外，仍然生活在热液喷口的原始微生物是H2和二氧化碳2作为材料，利用蛋白质中含有的金属原子（矿物质成分）作为催化剂，可以同时产生有机物和能量。自养生物''。矿物催化CO2还原反应被认为是最原始的反应，在微生物进化过程中产生代谢反应之前。基于这些事实，有人提出假设，这种无机发生的反应可能产生了这些微生物，也就是说，这些微生物留下了化学进化过程的痕迹。然而，以无机方式实现这一反应需要极其苛刻的条件，例如在化学工业中，并且从未有过利用天然矿物在温和条件下证明生命可以存在的案例，这一直是理解早期生命的一个主要问题。
AIST 多年来一直从原始微生物代谢与地球和行星化学的关系角度进行各种研究。近年来，他还参与文部科学省科研补助金——新学术领域研究：冥宙生命科学的创建，对原始地球环境中生命诞生的过程进行综合研究。此外，AIST一直在推动微生物学、地质学和进化等跨学科领域的研究，包括分离和阐明被认为是真核生物祖先的微生物的特性、发现新的甲烷生产途径、早期生命的进化、对生活在极端环境中的微生物的分析以及对在那里发生的代谢反应的分析。这次，我们结合了地行星化学的最新知识，重点研究了热液喷口中生命诞生的过程。
化学演化中一个特别重要的反应是在原始地球环境中从无机物生成有机物的反应，H22的还原反应就是一个典型的例子。这种反应不仅产生有机物，而且在许多情况下还释放能量，因此人们认为它是早期生命诞生的能源。然而，让这种反应进行的成本很高活化能人们认为存在合适的催化剂，因为它需要克服墙壁。
图 1 热液喷口产生的三种天然矿物质以及它们充当催化剂的二氧化碳2
这次，三种天然矿物质 (硅钙石铁3S4、磁铁矿铁3O4、阿瓦莱特镍3Fe) 但均为 H22还原反应的催化剂。并合成有机物质（图2）。这三种充当催化剂的天然矿物被认为是通过热水与地下岩石之间的反应不断形成的，并在热液喷口附近积累。与这些矿物质一起，H2，科罗拉多州2，当与水反应时，合成了多种有机物质，例如甲酸、乙酸和丙酮酸，它们是早期生命创造的基础。
据说这种反应是最原始的生物甲烷细菌是啊产乙酸细菌由其他人完成22还原反应(还原乙酰辅酶A途径)类似（图2）。因此，“矿物表面无机（非生物）产生的二氧化碳2它本身通过提供有机物和能量产生了自养的早期生命。像这样的CO2人们认为，持续的还原反应产生了蛋白质、核酸和脂质，最终导致了早期生命的诞生。这些结果表明，只要创造出像热液喷口那样的条件，就有可能在其他行星上合成有机物并创造生命，有望为生命起源和寻找地外生命提供重要知识。此外，新发现的CO2的还原反应机理详细信息，新 CO2预计它将有助于发现分子活化方法和开发新催化剂。
图2 原始微生物的代谢（左）和矿物质产生的CO2还原反应的相似性（右）
从现在开始，我们这次发现的CO2我们将验证是否可以使用还原反应系统不仅合成乙酸和丙酮酸等小分子有机物质，而且还可以合成长链脂肪酸和核酸等大分子量生物分子。