最新化学反应试验将揭晓地球生命起源之谜

最新化学反应试验将揭晓地球生命起源之谜

北京时间8月2日上午消息,据报道,在地球形成不久的远古时期,当时地球上并不存在任何一个生命碎片,之后在某个区域,某种奇特的化学反应发生了,随之地球上最早的单细胞祖先分子组件出现了……氨基酸和核酸以正确的方式结合在一起,继续进行连锁反应,从而孕育出生命。

目前我们并不完全确定原始生命孕育的细节过程,它发生在数十亿年前,在化石记录上未留下任何痕迹,但基于我们对早期地球化学的了解,科学家发现了一系列新的化学反应,这些反应可能在数亿年前产生地球“生物基石”。

斯克利普斯研究所化学家拉马那拉延娜·克里希纳穆尔蒂(Ramanarayanan Krishnamurthy)称,我们提出一种新方法来解释地球生命起源前生物化学演变,我们认为,我们描述的这种反应是早期地球上可能发生的情况。

重建生物化学是如何演变并孕育生命分子的,之前通常是实验室得出的结论,科学家利用当前所知的生物进程,试图在实验室环境中基于37亿年前早期地球的化学物质重建该过程。

有证据表明,地球初期原始生命分子包含着氰化物,虽然它具有致命毒性,却能对地球生命孕育崛起发挥重要作用,氰化物在该过程中的作用已被世界各地的多个团队进行探索验证。但直到今年早些时候,克里希纳穆尔蒂和同事展示了氰化物在室温下和较大pH值范围内如何轻易地产生基本有机分子,随着二氧化碳的加入,反应速度也加快了。

这使得研究人员希望知道是否他们也可以复制并成功创造出更复杂的有机分子——氨基酸,众所周知,活细胞中的所有蛋白质都是由氨基酸组成。

现今氨基酸前体是一种叫做α-酮酸的分子,它与氮和酶发生反应产生氨基酸,虽然α-酮酸可能在早期地球就已存在,但当时并不存在酶,因此,科学家得出结论称,氨基酸是由叫做醛的前体细胞形成,然而,这又引出一系列其他问题,例如:α-酮酸是什么时候占据主导地位?

克里希纳穆尔蒂和同事认为,α-酮酸可能通过某种途径在不存在酶的情况下形成氨基酸,他们开始从α-酮酸入手进行实验,当然他们在实验中还加入了氰化物,因为之前实验表明,氰化物是产生有机分子化学反应最有效的驱动力。

随后,早期地球存在的氮和氢化合物——氨,也加入进来从而提供所需的氮元素,研究人员进行了一些尝试和失败,试图揭晓地球早期生命起源谜团,但就像他们在之前的工作中发现的那样,关键环节是二氧化碳。

克里希纳穆尔蒂说:“我们原以为弄清楚这个问题会很困难,结果发现它比我们想象的更简单,如果你只是混合酮酸、氰化物和氨,就非常简单,只要你加入二氧化碳,哪怕仅是微量的二氧化碳,反应速度都会加快。”

综合来看,该团队的总体结果表明,二氧化碳是地球上生命出现的一个至关重要环节,但只有当它与其他成分结合时才会这样。同时,研究小组还发现,它们反应的副产物是一种类似于活细胞中产生化合物的分子,该化合物被称为旋酸酯,这是包含DNA和RNA在内的核酸组成部分之一。

研究结果与现今活细胞中发生的反应非常相似,这意味着该发现将无需解释为什么细胞会从醛转变为α-酮酸,因此,研究小组认为,他们发现比醛假说更有可能代表生命起源前分子的出现。

下一步是他们进行化学汤实验,观察其他生命起源分子是否会出现,反之,这将有助于建立描述地球上所有生命起源的各种情景的可信性和不可信性。目前这项研究报告发表在近期出版的《自然化学》杂志上。

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