本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
“你讀過《尤利西斯》嗎？”
這個問題讓我措手不及。我正在採訪邁克爾·羅素，一位在NASA噴氣推進實驗室工作的地球化學家。羅素最初接受的培訓是礦石勘探員，但他科學職業生涯中的幾次轉折將他帶到了地質學、化學和生物學的交叉點：生命的起源。數十年對古代岩石和現代生物化學的研究最終形成了假說，即生命起源於海底熱液噴口中自我維持的化學反應網路。根據羅素和其他人的說法，生命是由從海底滲出的簡單分子注入這些碳酸鹽煙囪中的。
當我們只討論了少數分子和礦物質時，羅素提到了《尤利西斯》。我很困惑，承認我的文學知識中存在詹姆斯·喬伊斯式的空白。“對不起，”我說，“我沒讀過。” 羅素笑了。“沒關係，我的意思是，誰讀過呢？但我終於讀完了，我從中得到的一件事是不可避免的這個詞。所以我們現在發表了一篇論文，名為《論生命起源中對鉬的不可避免的需求》。”
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不可避免的。沒有時間讓這個詞沉澱下來；談話正以令人眼花繚亂的速度向前推進。我們繞過了超新星、原始湯的問題和無盡的烏龜堆疊。直到塵埃落定，我才查閱了《尤利西斯》中的相關段落。我仍然不明智，我查閱了字典。不可避免的。必要的。不可避免的。很少用來形容鉬的詞語。為什麼在所有人類已知的晦澀元素中，鉬對生命是必要的呢？
答案在於圍繞鉬核旋轉的電子。像許多其他金屬一樣，鉬渴望在其羽翼下接受一個額外的電子，或釋放一個多餘的電子。生命已經急切地利用了這種在電子周圍周旋的能力。細胞不僅將鉬離子融入其酶中，還將鋅、銅、鐵和鎳融入其中。許多含有金屬的蛋白質在分子之間穿梭電子，彷彿它們在玩一場大規模的燙手山芋遊戲，沿途改變、分解和構建分子。電子確實是生命運轉的動力。或者，正如匈牙利諾貝爾獎獲得者阿爾伯特·聖捷爾吉所說：“生命只不過是一個尋找安息之地的電子”。
一些電子在尋找中找到了寒冷空曠的床鋪。以產甲烷菌為例。這些細菌和古菌透過從氫氣（H2）中剝離電子並將它們附著到二氧化碳（CO2）上，分幾個步驟生成甲烷（CH4）和水（H2O）來維持生計。這聽起來可能很容易，但二氧化碳不是一個容易接受的分子：它本身是穩定的，並且非常不情願接受額外的電子。
這就是鉬發揮作用的地方。或者更確切地說，可能發揮作用的地方，因為雖然鉬在二氧化碳轉化為甲烷的過程中發揮作用，但羅素提出的機制尚未在該特定反應中得到證實。羅素的論點歸結為一個要點：鉬可以緩解困難的電子轉移，因為它通常不是隻有一個，而是有兩個電子可以釋放。沒有什麼可以阻止鉬將這些電子捐贈給兩個不同的分子。透過這種方式，鉬離子可以透過將其另一個電子捐贈給更願意接受的受體，來補償將一個電子強加給頑固的反對者（例如二氧化碳）的努力。
電子分叉之所以有效，是因為向下滾動的電子釋放的能量被引導到將另一個電子“向上坡”推動。已知一些鉬酶可以執行這種技巧，但沒有人真正知道這種交叉電子轉移在生物化學中有多麼普遍。在去年發表的文章中，羅素和沃爾夫岡·尼奇克寫道，電子分叉“是研究中一個古老但幾乎被遺忘的朋友”。
有多古老？在羅素最近的論文（標題中帶有“不可避免的”一詞）中，他和他的團隊認為與生命本身一樣古老。先前對鉬家族年齡的調查僅基於基因序列，並指向更近的起源。但是，裸露基因之間的比較可能會描繪出誤導性的畫面。基因序列之於蛋白質，就像食譜之於烹飪：淺顯的描述缺乏質地和形式的微妙之處。這就是為什麼羅素和他的同事比較了不同鉬蛋白的三維結構。結構比序列更保守，這非常適合探索古代關係。
他們發現鉬酶的根源很深。根據結構，大多數鉬蛋白可以分為兩堆：古菌和細菌的蛋白。生命中最古老的分裂。古菌是微生物，就像細菌一樣，但它們的生物化學差異卻像白天和黑夜。根據羅素的說法，鉬蛋白在古菌和細菌中都存在，這意味著它們也存在於地球上所有生命的最後共同祖先中。他的結論：為了掌握新陳代謝的分子，包括電子愛好者和憎恨者，生命需要鉬（和化學性質相似的鎢）。
鉬酶的古老起源真的證明鉬的電子分叉對於生命的起源是“不可避免的”嗎？不。當涉及到生命的最早起源時，一定程度的推測是不可避免的。“有時，你註定會出錯，”羅素說。“我們試圖接近真相，但我們必須面對我們不可能總是正確的事實。” 雖然鉬可能不是我們起源的關鍵，但它仍然掌握著更大謎題的線索，一個微小的謎題本身。
羅素還有一個論點來說服我，鉬確實掌握著生命、宇宙和一切的答案。在我們談話快結束時，他問我是否讀過《銀河系漫遊指南》。“鉬的原子序數是42。” 我幾乎可以聽到電話另一端的笑容。
圖片
失落之城由黛博拉·凱利（華盛頓大學）提供
鉬晶體和立方體由Alchemist-hp提供。
疊加的鉬酶來自參考文獻。
參考文獻
Schoepp-Cothenet, B., van Lis, R., Philippot, P., Magalon, A., Russell, M., & Nitschke, W. (2012). 生命起源中對過渡金屬元素鉬和/或鎢的不可避免的需求 《科學報告》，2 DOI：10.1038/srep00263