生命起源作为科学界的核心谜题，其关键在于核苷酸在复杂前生物环境中的形成过程。早期地球的热液环境（特别是深海热液喷口）因具备化学梯度、干湿循环及丰富金属离子等条件，为这一过程提供了动态且异质的可能场所。进一步探究以Fe²⁺为代表的、在远古缺氧海洋中富集的金属离子在其中的作用，不仅有助于揭示早期化学演化的可能路径，也为理解从非生命系统向原始生命系统跨越的关键机制提供了重要线索。
近日，宁波大学的硕士生武倩、黄碧玲副研究员以及赵玉芬研究员等探究了金属离子对核苷酸形成的影响，不仅有助于阐明其在化学进化中的角色，也为富含金属的热液环境作为生命起源场所提供了重要实证支持。
图1 早期环境中的前生命物质合成
通过模拟早期地球环境（图1），研究团队发现腺苷A磷酸化可生成多种核苷酸，包括5’-AMP、2’/3’-AMP、2’,3’-cAMP以及ADP，同时也支持ATP、c-di-AMP和寡聚体pApA等重要生物分子的形成（图2a）。在高温条件下进行连续的干湿循环反应，5’-AMP是主要产物且具有高达56%的5’-位点区域选择性（图2b）。这一结果为RNA世界假说提供了重要证据。
图2 a)腺苷生成的核苷酸产物及结构; b) 单金属离子对核苷酸合成的影响
另外，通过研究不能金属离子（Mn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺）浓度梯度对腺苷磷酸化的影响，发现金属离子种类与浓度能够显著调控核苷酸产物的组成与产量（图3）。
图3 金属离子浓度对核苷磷酸化的影响
本研究的关键突破在于实现了ATP和寡核苷酸pApA的前生物合成。ATP在生命活动中扮演着物质转化、信号传导和能量货币的多重角色，而pApA作为RNA分子，同时具备遗传信息传递和酶催化功能，说明干湿循环可以产生生命起源的核心物质基础。
综上所述，金属离子在调控磷酸化、影响核苷酸水解以及推动核苷酸相互转化等方面均发挥作用，深化了我们对前生物化学进化的理解，并为富含金属的热液口环境作为原始RNA生命出现的合理场景提供了实证支持。
研究成果发表于国际学术期刊BMC Chemistry （武倩，陆书艺，张超，钟汶达，赵华，赵玉芬*，黄碧玲*. Significant impacts of metal ions from ancient oceans on nucleoside phosphorylation[J]. BMC Chemistry, 2025; 19(1): 252. DOI: 10.1186/s13065-025-01619-7.）该研究受国家自然科学基金资助。
附件：