来自伦敦大学学院和杜塞尔多夫大学的研究人员首次追踪到了活细胞生物能量特征的起源：一种仅由岩石、水和二氧化碳组成的途径。这一研究成果发表在《Cell》杂志上。

在生命起源的问题上，能源问题是首要解决的。生物体进行新陈代谢和复制需要大量能量，而早期地球尚未进化出能催化特异性反应的酶，大多数能量若不被利用，就只能被丢弃。

那么，早期地球上的能量来自哪里？又是如何驱动生命所需的有机化学反应的呢？

答案在于海底热液喷口的化学成分。在这篇论文中，伦敦大学学院的Nick Lane和杜塞尔多夫大学的Bill Martin解答了能量来源的问题，并解释了为什么所有生命都采用了一种膜上节能性的离子梯度。

“生命实际上是能源利用反应过程的副反应。活体生物体需要大量能量维持生存，”Nick Lane说。

人类每天需要消耗超过一公斤（约700升）的氧气，并呼出二氧化碳。最简单的细胞，依赖于二氧化碳与氢的反应，也能在其呼吸过程中产生40倍重量的废物。在所有生物体中，呼吸产生的能量都以膜上离子梯度的形式存储。

这种奇特的特征与遗传密码一样普遍。Lane和Martin发现，通过氢和二氧化碳生长的细菌，其碳代谢和能量代谢的方式与在一种特殊的海底热液喷口中出现的非化学平衡情况相似，这种喷口就是碱性海底热液喷口。

研究人员根据检测值发现，天然质子梯度（沿着薄的半导电铁硫矿物壁起作用）能带动有机碳的同化，从而导致了这些喷口微孔中生命起源：原型细胞的增多。

之后，研究人员又证明了这些原型细胞受到透气性的限制，最终迫使它们由自然质子梯度转变为生化钠离子梯度，进化成一个简单的Na+/H+转运系统。这一假设还推测了一组早期节约能源所需的核心蛋白，并解答了关于呼吸蛋白既有质子又有钠离子的谜题。

同时，这项研究也解释了细菌和古细菌之间的巨大差别。Lane说，这是第一次“发现了这种仅由岩石、水和二氧化碳组成的途径，如何发展成目前现存所有细胞奇特生物能量特征的。”