一項新研究發現了一種可能連結光合作用與有氧代謝演化的關鍵分子，或許能解開「先有光合作用還是先有有氧呼吸」的長期科學謎題。哈佛大學與國際研究團隊在篩選氮循環細菌時，意外在一種名為 Nitrospirota 的細菌中發現了「甲基質體醌（methyl-plastoquinone）」，這是一種類似植物光合作用所用分子的獨特醌類化合物。
醌類化合物廣泛存在於所有生物體中，通常分為「需氧型」和「厭氧型」，而需氧型又分為植物用於光合作用的質體醌，以及細菌和動物用於有氧呼吸的泛醌。新發現的甲基質體醌屬於第三種類型，可能是光合作用與有氧代謝之間的「缺失環節」，表明某些細菌早在藍綠藻（Cyanobacteria）大量產氧之前，就已具備利用氧氣的能力。
光合作用與有氧代謝或同步演化
這一發現挑戰了傳統上「先有光合作用後有有氧呼吸」的觀點。研究人員認為，甲基質體醌的出現可能意味著在 23 至 24 億年前的「大氧化事件」之前，一些細菌已經能夠利用氧氣生存。換句話說，光合作用與有氧代謝或許是同步演化，而非先後發展，這就像「雞與蛋」同時出現，重新定義了生命演化的時間線。
此外，這項研究還揭示了生物體中化學系統的複雜性。由於氧氣反應會產生對細胞有害的副產物，生物體必須演化出精密的化學機制來抵禦氧化傷害。這些機制如今已廣泛存在於地球上所有有氧生物中，從植物的光合作用系統到人類細胞中的粒線體，都依賴於這些早期演化出的化學系統。
相關成果已發表於《美國國家科學院院刊（PNAS）》。
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首圖來源：Felix Elling (CC BY 4.0)
圖片來源：Proceedings of the National Academy of Sciences (CC BY 4.0)
參考論文：
A novel quinone biosynthetic pathway illuminates the evolution of aerobic metabolism
Proceedings of the National Academy of Sciences
延伸閱讀：
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