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最新化學反應試驗可能揭曉地球生命起源之謎
2022-08-02 14:50:39   來源:化石網   評論:0 點擊:

最新化學反應試驗可能揭曉地球生命起源之謎(化石網整理)據科技日報(劉霞):生命如何起源是盤旋在無數人心中的問號。美國科學家在7月28日出版的《自然·化學》雜志上發表論文稱,他們發現了一組新化學反應:被


最新化學反應試驗可能揭曉地球生命起源之謎

(化石網整理)據科技日報(劉霞):生命如何起源是盤旋在無數人心中的問號。美國科學家在7月28日出版的《自然·化學》雜志上發表論文稱,他們發現了一組新化學反應:被認為在早期地球上很常見的氰化物、氨和二氧化碳發生反應,生成蛋白質和DNA的基本組成部分氨基酸和核酸。這些反應不僅為生命起源提供了新見解,也能用于某些制造過程,如利用廉價的原始材料生成特定的生物分子等。
 
40億年前,地球上沒有生命,被浩瀚的海洋覆蓋。數百萬年后,在這份“原始湯”中,生命出現了。生命如何出現一直是未解之謎。最新論文主要作者、斯克里普斯研究所化學副教授拉馬納拉亞南·克里希納穆提博士說:“我們提出了一種新范式來解釋這種轉變,我們認為這種化學反應在早期地球上可能發生。”
 
今年早些時候,克里希納穆提團隊展示了氰化物如何將生命起源前的分子和水轉化為生命所需的基本有機化合物。與此前提出的反應不同,該反應在室溫和較寬泛的酸堿值范圍內即可進行。
 
在現今的細胞中,氨基酸由名為α-酮酸的前體使用氮和特殊蛋白質(酶)生成。有證據表明,α-酮酸在地球早期可能就已存在。但許多人假設,在細胞生命出現前,氨基酸由完全不同的前體醛而非α-酮酸生成,因為那時轉化所需的酶尚不存在。
 
成功利用氰化物驅動其他化學反應后,克里希納穆提團隊提出新假設:即使沒有酶,氰化物也可能有助于將α-酮酸轉化為氨基酸,他們在反應中加入氨(早期地球上氮的存在形式)和二氧化碳。材料備齊后,他們很快看到氨基酸形成。
 
研究人員表示,由于新反應與今天細胞內發生的反應相對類似。除了由氰化物而非蛋白質驅動,因此它似乎更可能是早期生命的來源。此外,反應副產物是乳清酸鹽,它是構成DNA和RNA的核苷酸的前體。這表明,同樣的“原始湯”在適當條件下,可能會產生大量生命關鍵元素所需的分子。
 
研究人員表示,新發現的化學反應在某些制造過程中也很有用,如利用廉價的原始材料生成特定的生物分子等,接下來他們將繼續探索這種混合物會產生何種化學反應。
 
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(化石網整理)據新浪科技:報道,在地球形成不久的遠古時期,當時地球上并不存在任何一個生命碎片,之后在某個區域,某種奇特的化學反應發生了,隨之地球上最早的單細胞祖先分子組件出現了……氨基酸和核酸以正確的方式結合在一起,繼續進行連鎖反應,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節過程,它發生在數十億年前,在化石記錄上未留下任何痕跡,但基于我們對早期地球化學的了解,科學家發現了一系列新的化學反應,這些反應可能在數億年前產生地球“生物基石”。
 
斯克利普斯研究所化學家拉馬那拉延娜·克里希納穆爾蒂(Ramanarayanan Krishnamurthy)稱,我們提出一種新方法來解釋地球生命起源前生物化學演變,我們認為,我們描述的這種反應是早期地球上可能發生的情況。
 
重建生物化學是如何演變并孕育生命分子的,之前通常是實驗室得出的結論,科學家利用當前所知的生物進程,試圖在實驗室環境中基于37億年前早期地球的化學物質重建該過程。
 
有證據表明,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,卻能對地球生命孕育崛起發揮重要作用,氰化物在該過程中的作用已被世界各地的多個團隊進行探索驗證。但直到今年早些時候,克里希納穆爾蒂和同事展示了氰化物在室溫下和較大pH值范圍內如何輕易地產生基本有機分子,隨著二氧化碳的加入,反應速度也加快了。
 
這使得研究人員希望知道是否他們也可以復制并成功創造出更復雜的有機分子——氨基酸,眾所周知,活細胞中的所有蛋白質都是由氨基酸組成。
 
現今氨基酸前體是一種叫做α-酮酸的分子,它與氮和酶發生反應產生氨基酸,雖然α-酮酸可能在早期地球就已存在,但當時并不存在酶,因此,科學家得出結論稱,氨基酸是由叫做醛的前體細胞形成,然而,這又引出一系列其他問題,例如:α-酮酸是什么時候占據主導地位?
 
克里希納穆爾蒂和同事認為,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-酮酸入手進行實驗,當然他們在實驗中還加入了氰化物,因為之前實驗表明,氰化物是產生有機分子化學反應最有效的驅動力。
 
隨后,早期地球存在的氮和氫化合物——氨,也加入進來從而提供所需的氮元素,研究人員進行了一些嘗試和失敗,試圖揭曉地球早期生命起源謎團,但就像他們在之前的工作中發現的那樣,關鍵環節是二氧化碳。
 
克里希納穆爾蒂說:“我們原以為弄清楚這個問題會很困難,結果發現它比我們想象的更簡單,如果你只是混合酮酸、氰化物和氨,就非常簡單,只要你加入二氧化碳,哪怕僅是微量的二氧化碳,反應速度都會加快。”
 
綜合來看,該團隊的總體結果表明,二氧化碳是地球上生命出現的一個至關重要環節,但只有當它與其他成分結合時才會這樣。同時,研究小組還發現,它們反應的副產物是一種類似于活細胞中產生化合物的分子,該化合物被稱為旋酸酯,這是包含DNA和RNA在內的核酸組成部分之一。
 
研究結果與現今活細胞中發生的反應非常相似,這意味著該發現將無需解釋為什么細胞會從醛轉變為α-酮酸,因此,研究小組認為,他們發現比醛假說更有可能代表生命起源前分子的出現。
 
下一步是他們進行化學湯實驗,觀察其他生命起源分子是否會出現,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。目前這項研究報告發表在近期出版的《自然化學》雜志上。

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