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科学家首次在实验室合成生命起源关键分子
科学家首次在实验室合成一种对所有生命体至关重要的复杂分子，该发现暗示生命早期可能同时形成多种关键成分。
科学家们一直致力于解开地球形成数十亿年后生命是如何诞生的谜题。现在，化学家们通过在实验室中创造一种对所有生命都至关重要的复杂化合物，部分解开了生命起源的“配方”。
就像制作蛋糕的配料一样，研究人员成功地创造了一种对所有活细胞代谢至关重要的化合物，该化合物对于能量产生和调节至关重要。这项反应历经数十年研究，最终实现，它在室温下让早期地球可能存在的一些简单分子在数月内结合起来。
这一发现支持了这样一个观点，即生命所需的许多关键成分可能在早期同时形成，并结合起来形成活细胞。
“为什么我们会拥有生命？为什么这里的化学规则让生命看起来像现在这样？”该研究论文的资深作者 Matthew Powner 说， “这些都是我们所能回答的最棒的问题。”
尽管生物体的外观差异很大，但它们都由相同的化学基本构件 (称为初级代谢物) 组成，这些构件直接参与细胞生长和发育。例如，帮助构建蛋白质的氨基酸和构成 RNA 和 DNA 的核苷酸。
这项新的实验室实验聚焦于另一种初级代谢物的起源：辅酶 A，它位于所有生命领域代谢的核心 (这是其众多功能之一)。例如，该化合物在需氧生物体中从碳水化合物、脂肪和蛋白质中释放能量起着至关重要的作用，但它也为厌氧生物体 (如许多细菌) 提供代谢功能。
具体而言，Powner 和他的团队正在寻找一种名为泛酰胺 (pantetheine) 的辅酶 A 分子片段。泛酰胺是辅酶 A 的功能性臂，经常被转移并使我们体内其他化学反应发生。这个肢体被称为辅因子，起到一个 “启动” 开关的作用，没有它，辅酶就无法使用。
“我们所有的代谢过程都依赖于这些辅因子的一个子集，” 参与这项研究的奥伯林学院生物学家 Aaron Goldman 说。 “这导致研究人员争论这些辅因子本身可能早于生命起源和早期演化过程中更大、更复杂的酶类。”
Goldman 说，一些研究人员提出，早期生命体可能在更大、更复杂的细胞能量载体进化之前就已经使用泛酰胺储存能量。
如果是这样，谜题就出现了：泛酰胺来自哪里？
“我们无法回到过去，无法回到生命的起源。我们无法找到那个时期的样本，” 伦敦大学学院教授 Powner 说。 “我们真正解决这个问题的唯一潜在方法就是重建它，从头开始，重新设计一个细胞，了解构建一个生物体需要什么。”
构建泛酰胺并非易事。Powner 说，这种分子按照生物化学标准来看是 “古怪” 的。它的结构与用于构建蛋白质的肽链 (氨基酸链) 非常相似，但它有很多奇怪的特性 - 奇怪位置的异常元素 - 这些似乎使它的结构更加复杂。
这种化合物如此奇特，以至于科学家们此前认为它太过复杂，无法由基本分子制成。其他人曾经尝试过创造泛酰胺但失败了，他们认为它甚至不存在于生命的起源。许多科学家认为生物学可能创造了一个简单的版本，然后随着时间的推移发展成更复杂的版本 - 就像建造一个棚屋，然后将其改造成豪宅一样。
尽管如此，研究小组还是进入了实验室。他们专注于主要使用可能在地球早期大量存在的材料，例如氢氰酸和水。反应的第一步每一步大约需要一天，但最后一步持续了 60 天，这是 Powner 实验室迄今为止进行过的最长时间的反应。研究小组最终停止了反应，部分原因是 “我们感到无聊”，他说。但结果产生了大量的泛酰胺。
研究小组将他们的成功归因于使用称为腈的含氮化合物，而之前的研究没有使用这种化合物。这些化合物提供了推动反应所需的能量。如果没有腈，就像拥有割草机却没有汽油一样，无法启动它。
“我认为令人惊讶的是没有人尝试过。如果你把它们全部混合在一起，它们彼此都会相互反应，” 领导这项实验的伦敦大学学院博士候选人 Jasper Fairchild 说。 “你可能会认为会得到一团糟，但事实并非如此。你只会得到泛酰胺。对我来说，这很美。”
作者说，在地球早期，这种反应可能发生在小型水池或湖泊中。大型海洋可能会稀释化学物质的浓度。
“这是另一个很好的例子，说明生命的分子，甚至是像辅酶这样的更复杂的分子，天生就有形成的倾向，” 未参与这项研究的化学家 Joseph Moran 说。
这种复杂分子看似简单的配方可能会重新构想生命如何在地球上开始。Powner 说，从历史上看，科学家们提出生物分子是逐步出现的 - 就像早期的 RNA 世界后来产生了蛋白质和其他化学物质。
但新的发现表明，生命中的许多构建块可能由相同的基本化学物质和条件同时形成，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类似的条件和反应来创建核苷酸 (帮助形成 DNA) 和肽 (帮助形成蛋白质)。这些构建块可能聚集在一起，相互反应，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，可以帮助科学家们有一天在实验室或甚至另一个星球上从静态材料中创造生命。
“我们离 [从头开始] 制造一个细胞还很遥远，” Powner 说。 “那可能在我有生之年不会发生，但我们正在了解这些分子如何相互作用的道路上。”
本文译自 The Washington Post，由 BALI 编辑发布。