地球生物化学的原理

1、摘要

地球生物化学的基本前提是地球上有催化作用发生,促使化学能被加速释放到水- 岩石- 有机系统中,从而生成了生命。在这个背景中,冷却使非生物过程的速率降低,却导致化学能重又被捕获,生命就是对化学能被捕获与释放过程的一种行星响应。本文提出了5 条原理,希望有助于在地球生物化学这个新兴领域中的研究。

2、引言

生物地球化学是了解生物学如何影响地球化学。而地球生物化学这个具有补充性质的新兴领域却旨在解释地质学如何影响生物化学。现在,研究地质过程如何影响生物化学的工具已经准备好了。从地质样品里提取DNA 和RNA 正逐渐成为常规性的工作,然而要想完全利用各种成分的沉积物和岩石中锁定的数据信息还需要作进一步的分析。无论是质谱分析,还是脂质生物合成中涉及的基因识别方面的进展,都加快了在脂质的分布与其分类学、功能信息之间建立联系的速度。

3、原理介绍

本文的目的是阐明其中的5 条原理。分别是生命的出现是一种行星响应、生物化学过程具有地球化学的成因、酶促过程可以重演矿物的催化作用(图1)、生物变异发生在首次被需要的地方以及“着火的东西不好吃”。它们肯定没有将地球生物化学的一切可能性都包含在内,当然也无法清楚地阐明只有当出现新的进展时才有可能获得的认识。

图3 (A)通用生命树及生成该树所用菌株的最高生长温度。在该树的底部(图中三
叉点)附近从嗜热的微生物(最佳生长温度约为45~80℃)开始有无数的分支存在;在
该树的末端从嗜温的微生物(最佳生长温度约为25~45℃)开始有无数的分支存在,这
些表明生命的祖先极有可能栖息在高温环境中。(B)对来自许多细菌和古生菌中的固
氮酶(nif)蛋白质所作进化分析结果,其中进化树的根或底部是位于图左侧的垂直线。
嗜热微生物的直系后代染为红色。微生物对氧的利用能力(绿色= 需氧菌或兼性厌氧菌;
蓝色= 厌氧菌)用树上右侧的条形框来表示。在树的底部附近从嗜热菌和厌氧菌分支
开始,这表明固氮酶很可能在高温缺氧环境中进化。

4、结论

地球生物化学家将进一步攻克在教学和研究方面的传统界限,并且加快地球科学新技术和新知识的进展。我们承认以上概述的“地球生物化学原理”并非无所不包,只是希望阐明该领域面临的可能的新范围;该领域正在不断进步,以使21 世纪的地球科学家能够迎接无数的挑战,并解决社会所需要回答的问题。

 

 

 

 

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