最新發(fā)現(xiàn)或揭曉地球生命起源之謎

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一系列新的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)可能在數(shù)億年前產(chǎn)生地球“生物基石”。

北京時(shí)間2022年8月2日上午消息，據(jù)報(bào)道，在地球形成不久的遠(yuǎn)古時(shí)期，當(dāng)時(shí)地球上并不存在任何一個(gè)生命碎片，之后在某個(gè)區(qū)域，某種奇特的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了，隨之地球上最早的單細(xì)胞祖先分子組件出現(xiàn)了……氨基酸和核酸以正確的方式結(jié)合在一起，繼續(xù)進(jìn)行連鎖反應(yīng)，從而孕育出生命。

目前我們并不完全確定原始生命孕育的細(xì)節(jié)過程，它發(fā)生在數(shù)十億年前，在化石記錄上未留下任何痕跡，但基于我們對(duì)早期地球化學(xué)的了解，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一系列新的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)可能在數(shù)億年前產(chǎn)生地球“生物基石”。

斯克利普斯研究所化學(xué)家拉馬那拉延娜·克里希納穆爾蒂(Ramanarayanan Krishnamurthy)稱，我們提出一種新方法來(lái)解釋地球生命起源前生物化學(xué)演變，我們認(rèn)為，我們描述的這種反應(yīng)是早期地球上可能發(fā)生的情況。

重建生物化學(xué)是如何演變并孕育生命分子的，之前通常是實(shí)驗(yàn)室得出的結(jié)論，科學(xué)家利用當(dāng)前所知的生物進(jìn)程，試圖在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中基于37億年前早期地球的化學(xué)物質(zhì)重建該過程。

有證據(jù)表明，地球初期原始生命分子包含著氰化物，雖然它具有致命毒性，卻能對(duì)地球生命孕育崛起發(fā)揮重要作用，氰化物在該過程中的作用已被世界各地的多個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行探索驗(yàn)證。但直到今年早些時(shí)候，克里希納穆爾蒂和同事展示了氰化物在室溫下和較大pH值范圍內(nèi)如何輕易地產(chǎn)生基本有機(jī)分子，隨著二氧化碳的加入，反應(yīng)速度也加快了。

這使得研究人員希望知道是否他們也可以復(fù)制并成功創(chuàng)造出更復(fù)雜的有機(jī)分子——氨基酸，眾所周知，活細(xì)胞中的所有蛋白質(zhì)都是由氨基酸組成。

現(xiàn)今氨基酸前體是一種叫做α-酮酸的分子，它與氮和酶發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氨基酸，雖然α-酮酸可能在早期地球就已存在，但當(dāng)時(shí)并不存在酶，因此，科學(xué)家得出結(jié)論稱，氨基酸是由叫做醛的前體細(xì)胞形成，然而，這又引出一系列其他問題，例如：α-酮酸是什么時(shí)候占據(jù)主導(dǎo)地位？

克里希納穆爾蒂和同事認(rèn)為，α-酮酸可能通過某種途徑在不存在酶的情況下形成氨基酸，他們開始從α-酮酸入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中還加入了氰化物，因?yàn)橹皩?shí)驗(yàn)表明，氰化物是產(chǎn)生有機(jī)分子化學(xué)反應(yīng)最有效的驅(qū)動(dòng)力。

隨后，早期地球存在的氮和氫化合物——氨，也加入進(jìn)來(lái)從而提供所需的氮元素，研究人員進(jìn)行了一些嘗試和失敗，試圖揭曉地球早期生命起源謎團(tuán)，但就像他們?cè)谥暗墓ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)的那樣，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是二氧化碳。

克里希納穆爾蒂說(shuō)：“我們?cè)詾榕宄@個(gè)問題會(huì)很困難，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它比我們想象的更簡(jiǎn)單，如果你只是混合酮酸、氰化物和氨，就非常簡(jiǎn)單，只要你加入二氧化碳，哪怕僅是微量的二氧化碳，反應(yīng)速度都會(huì)加快。”

綜合來(lái)看，該團(tuán)隊(duì)的總體結(jié)果表明，二氧化碳是地球上生命出現(xiàn)的一個(gè)至關(guān)重要環(huán)節(jié)，但只有當(dāng)它與其他成分結(jié)合時(shí)才會(huì)這樣。同時(shí)，研究小組還發(fā)現(xiàn)，它們反應(yīng)的副產(chǎn)物是一種類似于活細(xì)胞中產(chǎn)生化合物的分子，該化合物被稱為旋酸酯，這是包含DNA和RNA在內(nèi)的核酸組成部分之一。

研究結(jié)果與現(xiàn)今活細(xì)胞中發(fā)生的反應(yīng)非常相似，這意味著該發(fā)現(xiàn)將無(wú)需解釋為什么細(xì)胞會(huì)從醛轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮酸，因此，研究小組認(rèn)為，他們發(fā)現(xiàn)比醛假說(shuō)更有可能代表生命起源前分子的出現(xiàn)。

下一步是他們進(jìn)行化學(xué)湯實(shí)驗(yàn)，觀察其他生命起源分子是否會(huì)出現(xiàn)，反之，這將有助于建立描述地球上所有生命起源的各種情景的可信性和不可信性。目前這項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《自然化學(xué)》雜志上。