科学家们称找到了生命如何在地球上开始的缺失证据

生命最初是如何在地球上出现的,这个谜一直困扰着科学家。尽管科学家们从化石记录和地质历史中学到了很多,但仍不知道数十亿年前有机生命是如何从无机元素(一种被称为非生物发生的过程)中产生的。

这个谜题更令人望而生畏的一个方面与肽和酶有关,它们属于某种“鸡生蛋还是蛋生鸡”的情况。

为了解决这个问题,伦敦大学学院(UCL)的一组研究人员最近进行了一项研究,该研究有效地证明了肽可以在类似于原始地球的条件下形成。

这项研究详细介绍了他们的发现,最近发表在科学杂志《自然》上。该研究小组由伦敦大学学院化学系有机化学的读者Matthew Powner博士领导,其中包括Pierre Canavelli和Saidul Islam博士,他们都是伦敦大学学院有机和生物化学部门的研究人员。

正如鲍纳在最近接受伦敦大学学院新闻采访时解释他们研究的目的:

肽是氨基酸链,是地球上所有生命不可或缺的元素。它们构成蛋白质的结构,作为生物过程的催化剂,但它们本身需要酶来控制氨基酸的形成。所以我们遇到了一个经典的鸡生蛋还是蛋生鸡的问题——最初的酶是如何产生的?”

正如他们在研究中所指出的,过去有相当多的研究致力于发现肽是如何形成的,以及如何使生命得以出现。然而,以前所有的研究都集中在氨基酸上,而不是它们的化学前体(称为氨基腈)的反应活性。

虽然氨基腈类化合物需要苛刻的条件才能形成氨基酸(通常是强酸性或强碱性),但氨基酸需要被充满能量才能形成肽。然而,研究人员发现了一种绕过这两个步骤的方法,证明肽可以直接从富含能量的氨基腈中生成。

他们的方法利用了氨基腈与其他分子的内在反应活性,这些分子是地球原始环境的一部分。该工艺由硫化氢与氨基硝基化合物和水中的化学底物铁氰化物([Fe(CN)6]3?)结合而成,得到多肽。

这证明了氨基腈类化合物能够完全独立地在水中形成肽键,而且比氨基酸更容易形成肽键。

此外,它还表明,这可能发生在火山爆发时释放出的环境和化学物质中,这些物质很可能在数十亿年前就存在于地球上。这项研究的第一作者皮埃尔·卡纳维利说:

“控制合成,对环境或内部刺激的反应,是代谢调节的一个基本元素,所以我们认为肽合成可能是在生命早期进化过程中发生的自然循环的一部分。”

“这是第一次令人信服地证明肽的形成不需要在水中使用氨基酸,使用相对温和的条件,很可能是在原始地球上可用的,”合著者Saidul Islam博士补充说。

这些发现可能对研究非生物起源以及寻找太阳系外行星上的生命具有重要意义。它们也可能对合成化学领域有用,因为酰胺键的形成对合成材料的制造至关重要,具有生物活性。

与商业上使用的传统化学工艺相比,这种新方法效率更高,成本效益也更高。

展望未来,研究小组希望通过寻找其他途径来进一步研究氨基腈类化合物生成多肽。他们目前还在研究他们的实验产生的肽的功能特性,希望能更好地理解这些肽是如何在大约40亿年前帮助触发地球上生命的形成的。

经过几代人的努力(也失败了)重建生命的基石之后,科学家们是否只是在倒退呢?这是否意味着有机技术即将到来?

或许只有时间可以证明……