关于早期地球上生命是如何从混合物中进化而来的，主流的观点往往集中在DNA和RNA的起源上，它们是遗传的分子。但是基因的起源只是生命起源理论必须解决的谜团之一。另一个是新陈代谢，通过不断地从环境中汲取能量并将其传输到生命分子的过程中，使生命成为可能。
最近，科学家们对生命新陈代谢起源的研究出现了重要的转折点。在《自然化学》杂志上，福尔曼大学和斯克里普斯研究所的研究人员宣布了一项关于细胞代谢最重要部分之一的发现。研究人员表明，尽管这种化学机制在今天的细胞中非常复杂，但几乎所有潜在的化学成分都可以仅由两种简单的有机化合物在水中反应而轻易形成。
所有细胞代谢的中心支柱是一个复杂的十步化学过程，被称为三羧酸循环（TCA）或柠檬酸循环。柠檬酸循环是现代生物学的核心，在该过程中，TCA循环既可将食物分解为能量，又可合成重要的蛋白质组成部分。厌氧生物也可以逆向循环，将二氧化碳转化为脂肪和糖。
因为即使是最简单的细胞，三羧酸循环也会参与很多生命过程，科学家们怀疑这是在生物起源前的汤中建立自己的早期反应之一。为了重现它是如何进化的，生物化学家通常试图逆向工作，用过渡金属取代现代三羧酸循环中涉及的八种酶，因为过渡金属可以作为许多反应的催化剂。但是过渡金属常常不能产生所需的中间分子，而且过渡金属通常需要高温或其他极端条件才能工作。西班牙巴伦西亚大学的生物化学和分子生物学教授朱利·佩雷托说：“金属和恶劣的条件可以很好地加速反应，但同时也导致产物的破坏。”在这种情况下，一些拟议的计划变得相当不可信或不现实。”
追随化学
克里和他们的同事采用了一种完全不同的方法。他们没有试图通过交换三羧酸循环中更简单的组分来寻找其前体，而是首先寻找在生命起源前的世界中可能存在哪些多功能反应物，然后看看它们在不同的环境下能发挥多大的作用。克里说：“基本上，我们观察了哪些小分子是可用的，以及它们的化学性质。”
他们从两种化合物开始——乙醛酸和丙酮酸，这是两种最小的酮酸，分别只含有两个和三个碳原子。酮酸引起了他们的注意，因为“它们在水中的稳定性和形成碳-碳键的倾向，这是生物学的骨架。”斯普林斯汀说。
研究人员研究了两种最小的酮酸，乙醛酸和丙酮酸的反应电位，因为它们在水中非常稳定，很容易形成碳-碳键。
令人惊讶的是，他们发现乙醛酸和丙酮酸反应生成一系列化合物，其中包括三氯乙酸循环中所有中间产物的化学类似物。此外，这些产物都是在一个反应容器内的水中形成的，其温度和pH条件都足以与地球上的条件相适应。
他们将得出这些结果描述为“令人尴尬地容易”。他说，之前似乎没有人做过类似的尝试。
在大多数有机合成实验中，条件需要严格控制，起始反应物和产物需要小心添加和移除。“相比之下，我们在这里发现的化学反应就像做梦一样：你真正需要做的就是把两种稳定的反应物丢到水里，然后把它粘在一个温暖的热板上，”他说。“这种化学作用非常强大。
研究人员克里希那穆提
反应的效率远远超过了最初的预期，因为在没有第三种试剂作为还原剂的情况下，有些反应如何进行一开始并不明显。然后他们发现乙醛酸在水溶液中同时起着两种作用，一是作为反应的原料，二是作为还原剂促进反应的进行。作者说：“我们花了几个月的时间来说服自己，我们理解了它。”“到2018年年中，我们已经了解了这一途径的基本概况，然后花了两年时间探索和展示化学的整个图景。”
克里希那穆提和斯普林斯汀都强调说，他们的实验并不能证明三氯乙酸（TCA）循环的祖先是以这种方式出现的：它们所产生的反应和中间分子与三氯乙酸（TCA）循环中的反应和中间分子之间存在相似之处，但在没有进一步证据的情况下，谨慎对待将它们称为TCA循环中间体的类似物。它们并没有创造任何形式的循环，而只是创造了一种分子混合物，这些分子原则上可以组织成一个整体。
但是如果细胞的前体有这些分子可以支配，那么它们可能已经完成了一些对生命有用的合成化学。几乎可以肯定的是，新陈代谢的最初模式是粗糙的、控制不力的，甚至可能没有被组织成一个完整的循环。但随着时间的推移，蛋白质也成为混合物的一部分，酶可能控制了一些反应，真正的三羧酸循环可能已经开始形成。
目前的情况可能会误导人
这种类似现代代谢关键的东西可能是在温和、最低要求的条件下出现的，这使得三羧酸循环的生物起源看起来更可行，而金属催化剂实验没有做到这一点。研究人员对这项研究开放的态度是使其成为可能的主要原因。
“我认为这是一个关键的洞见：我们可能会因为今天在生物学上看到的东西而变得过于偏颇，”阿尔伯塔大学的化学教授谢夫曼西说。这篇论文表明，通过充分探索可能在生命之初就存在的化学物质的潜力，“你可以发现一些东西，如果你用狭隘的视角来看待你认为应该发生的事情，这些东西可能并不明显。”他补充说，“我认为，在很多方面，这是一个游戏规则的改变者。”
“对我来说，主要的教训是，我们应该重新考虑对代谢起源的思考方式”，因为从当今细胞中进行逆向工作可能会产生误导。但是，尽管注意到克里希那穆西，斯普林斯汀及其同事的工作在理解新陈代谢的起源方面迈出了“重要的一步”，但他警告说：“我们仍然必须弄清许多其他细节，以构成关于起源的连贯而合理的叙述。生活。”
尽管曼西对这部作品充满热情，但他对它的解释也很谨慎。“新陈代谢不只是提供基础。这确实是一种能保持细胞低熵状态的能量流。”对他来说，仍然缺少的是某种原始代谢帮助细胞前体更好地存活下来的证据。他说：“在我们开始了解这种化学物质是如何使一种封装的化学系统相对于另一种具有选择性优势之前，我不知道这一切进展如何。”
下一步的是观察在这个反应序列中产生的一系列中间产物转化为其他有趣化合物的自然机会，如氨基酸、碱基和糖。还需要确定在生物起源之前，乙醛酸和丙酮酸的主要来源是什么。
即使科学家们仍然只能推测代谢的起源，这些新结果提供了希望，如果研究人员提出正确的问题，答案可能就在眼前。这就是为什么克里希那穆蒂说，他在谈到生命的起源时，经常引用生化学家莱斯利·奥格尔的一句话，奥格尔是这一领域最伟大的先驱之一。奥格尔说：“任何认为自己知道这个问题的解决方案的人都是被误导了。”“但任何认为这是一个无法解决的问题的人也被误导了。”