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科学家们距离解开生命起源的化学之谜越来越近了

长期以来,人们试图了解数十亿年前地球形成后生命是如何运作的,这一直让人们感到困惑。 现在,化学家通过在实验室中创造出一种对所有生命都至关重要的复杂化合物,部分地发现了这个配方。

就像制作蛋糕的原料一样,研究人员成功地创造了一种对所有活细胞的新陈代谢很重要的化合物,并且对于能量的产生和调节至关重要。 这一途径几十年来一直困扰着科学家,它涉及早期地球上可能存在的相对简单的分子,这些分子在室温下在几个月的时间内结合在一起。

这一发现支持了这样的观点,即生命的许多关键成分可能很早就形成并结合形成活细胞。

“为什么我们会有生命?为什么化学规则意味着这里的生命看起来就是这个样子?”该书的资深作者马修·鲍纳说 研究论文。 这些是“我们能回答的最有趣的问题”。

尽管生物体在外观上差异很大,但它们都是由相同的基本化学构件(称为初级代谢物)组成,直接参与细胞生长和发育。 例如,有助于构建蛋白质的氨基酸以及构成核糖核酸 (RNA) 和 DNA 的核苷酸。

新的实验室实验重点关注另一种重要代谢物的起源:辅酶 A,它是生命各个领域新陈代谢的核心(作为其众多功能之一)。 例如,该化合物在需要氧气的生物体中从碳水化合物、脂肪和蛋白质释放能量方面发挥着至关重要的作用,但它也在不需要氧气的生命形式(例如许多细菌)中发挥代谢功能。

具体来说,Pawner 和他的团队正在寻求重新创建辅酶 A 分子中称为泛硫乙胺的特定部分。 泛硫乙胺是辅酶 A 的功能臂,经常被运输并促使体内发生其他化学反应。 该末端称为辅因子,其作用类似于开关,没有它,辅酶将无法使用。

“我们所有的代谢过程都取决于这些共同因素的一小部分,”未参与这项研究的生物学家亚伦·戈德曼说。 “这使得研究人员认为,在生命的起源和早期进化过程中,这些共同因素本身可能先于更大、更复杂的酶出现。”

高盛表示,一些研究人员认为,在进化出今天使用的更大、更复杂的能量货币细胞之前,早期生命形式可能已经使用泛硫乙胺来储存能量。

如果是这样,谜团仍然存在:泛硫乙胺从哪里来?

伦敦大学学院教授波纳说:“我们无法回到过去。我们无法回到生命的起源。我们找不到那个时间段的样本。”这个问题的核心是重建它,并开始“从头开始,重新设计细胞,并理解构建有机体需要什么”。

构建泛醇非常困难。 他说,从生化标准来看,这种分子很“奇怪”。 它与用于构建蛋白质的肽(氨基酸链)的结构非常相似,但它有几个奇怪的特性——位于奇怪位置的不寻常元素——这似乎赋予了它更复杂的结构。

这种化合物是如此奇怪,以至于科学家之前认为它太复杂,无法由基本分子制成。 其他人尝试创造泛酸但失败了,他们认为它甚至不存在于生命的起源中。 许多科学家认为,生物学创造了它的一个简单版本,随着时间的推移,它会进化得变得更加复杂,比如建造一座小屋,后来把它变成一座宫殿。

然而,团队去了实验室。 他们主要专注于使用早期地球上丰富的材料,例如氰化氢和水。 反应的前几步大约需要一天,但最后一步持续了60天,这是博尔德实验室有史以来进行的最长的反应。 他说,团队最终停止了反应,“部分原因是我们感到无聊”。 但结果是产生了大量的泛硫乙胺。

与其他人使用称为腈的氮基化合物进行的失败研究相比,该团队的成功。 这些化合物提供了催化反应急需的能量。 没有丁腈,就像有一台割草机,但没有气体来移动它。

领导这项实验的伦敦大学学院博士生贾斯珀·费尔柴尔德 (Jasper Fairchild) 表示:“我认为没有人尝试过,这非常令人惊讶。如果你将它们混合在一起,它们都会相互反应。”在混乱中,但你没有。 你可以直接服用泛硫乙胺。 对我来说,这非常美丽。”

研究人员表示,在早期地球上,反应可能发生在小水池或湖泊中。 然而,广阔的海洋可能稀释了化学物质的浓度。

没有参与这项研究的化学家约瑟夫·莫兰(Joseph Moran)说:“这是生命分子,甚至是像辅酶这样最复杂的分子,如何准备形成的另一个美丽例子。”

这种复杂分子的简单配方可以重新想象地球上生命的起源。 波纳说,从历史上看,科学家们认为生物分子是逐渐出现的,就好像很早就出现了一样。 RNA的世界 这后来导致了蛋白质和其他化学物质的出现。

但新发现表明,生命的许多基本元素可以在相同的基本化学物质和条件下同时产生,同时产生蛋白质、RNA 和其他成分。 事实上,该团队之前的研究使用了类似的条件和反应来制造核苷酸(有助于制造 DNA)和肽(有助于制造蛋白质)。 这些基本元素可能聚集在一起,相互作用,最终导致生命的起源。

更好地了解这些成分如何形成和融合在一起,有一天可以帮助科学家在实验室甚至另一个星球上用稳定的材料创造生命。

“我们还远远不能做到这一点 [from scratch] “做一个蜂巢,”波纳说。 “这可能不会在我有生之年发生,但我们正在了解这些分子如何协同工作。”

本文是 隐藏的星球,一个探索我们星球及其他星球上奇妙、意想不到和奇异的科学的专栏。

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