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化学家或揭开地球生命起源关键之谜

发布:Dec 7, 2017 来源:新浪科技 作者:叶子

新浪科技讯 北京时间12月6日消息,据国外媒体报道,40亿年前,地球上覆盖着一层污泥般的物质,充斥着原始分子、气体和矿物质,这些都与生物的定义相去甚远。然后不知为何,就在这锅史前大杂烩中,突然出现了生命的关键组件——蛋白质、糖类、氨基酸、细胞壁等。在接下来的几十亿年中,这些物质将不断组合,最终形成第一批地球生命。

许多化学家投入毕生精力,试图弄清生命起源时的化学与环境条件。但地质记录提供的线索寥寥,他们便亲自合成几十亿年前也许存在的简单分子,测试这些远古时期的“酶”能否将史前原材料转化为生命必备要素。

斯克利普斯研究所的一群化学家近期发表报告称,他们找到了一种简单、原始的酶,可以与早期催化剂反应,形成部分生命关键要素,如为细胞提供能量的短链氨基酸、构成细胞壁的脂质、以及储存遗传信息的核苷酸等。

拉曼纳拉亚南·克利什纳莫迪(Ramanarayanan Krishnamurthy)是斯克利普斯研究所的一名化学副教授,以及此次论文的主要作者。多年来,他的实验室一直在对一种名叫DAP的合成酶进行实验,该物质可推动磷酸化。磷酸化指在某分子上添加一个磷酸基团,是一项至关重要的化学反应过程。没有磷酸化,也就没有了生命。

“无论是现代生命还是30亿年前的生命,都以大量磷酸化反应为基础。”克利什纳莫迪指出,“你体内的RNA、DNA、以及众多生物分子都是磷酸化的产物。糖类、氨基酸和蛋白质也不例外。”

促发磷酸化反应的酶名为蛋白激酶。它们利用磷酸化反应,向细胞发出分裂指令,并增加某种蛋白质的合成,从而启动DNA链解旋或RNA形成。克利什纳莫迪相信,DAP也许就是首批开启磷酸化反应的原始蛋白激酶之一。

为验证这一理论,克利什纳莫迪和同事们在实验室中模拟了地球早期环境,采用水和泥浆两种基底,并分别调节至不同酸碱度水平。他们将DAP酶与不同浓度的镁、锌、以及一种名为咪唑的化合物相结合,其中咪唑作为催化剂,可加速反应进程,但整个反应仍需持续数周、有时甚至数月之久。

要想验证DAP的效果,它必须能成功激发磷酸化反应,在相似条件下形成简单的核苷酸、肽、以及细胞壁。此前被认为可能与生命起源有关的酶只有在差别巨大的化学与环境条件下才能催生特定结构的磷酸化反应。而克利什纳莫迪发现,DAP能够胜任全部任务,先是完成了四种RNA核苷酸的磷酸化,接着是类似RNA的短链,再然后则是脂肪酸、脂类和肽链。

这是否意味着DAP便是将随手拈来的物质转化成生命的“神来之笔”呢?克利什纳莫迪称并不尽然。

“我们最多只能证明,简单化学物质在合适的条件下可以促发进一步化学反应,这也许会产生类似生物的物质。但我们不能断言这就是早期地球生命的起源方式。”

首先,克利什纳莫迪根本无法证明40亿年前的地球上存在DAP。他在实验室中合成这种分子,只是为了解决在潮湿的早期地球环境中产生硫酸化反应的基本难点之一。想要更多硫酸化反应,就必须在该过程中去除水分子。

“在四周都是水的情况下,你要怎么使某个分子脱水呢?”克利什纳莫迪反问道,“从热力学角度来看,这是一件极难实现的任务。”

而DAP设法绕过了这个问题,因为它从分子中去除的是氨、而不是水。

克利什纳莫迪正与地质化学家合作,寻找DAP在远古时期的起源。如富含磷酸盐的岩浆流与空气中的氨气反应,或许能产生DAP。此外,DAP也可能来自含有磷酸盐的矿物质。它还可能起源于某颗遥远的恒星,由陨石带到了地球上。

但有一点很清楚:若没有DAP或某种类似物质的功劳,地球也许至今仍是一片毫无生机的沼泽地。(叶子)


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