Science：对所有生命都至关重要的化合物可能在生命的起源中发挥了作用

在发表在《科学》杂志上的这项新研究中，研究小组在室温下用氰化氢形成的分子在水中创造了这种化合物，氰化氢在早期地球上可能很丰富。

　　

对所有生命都至关重要的化合物可能在生命的起源中发挥了作用

由伦敦大学学院研究人员领导的一项新研究发现，一种对所有生物都至关重要的化合物在实验室中被合成，这种合成条件可能发生在地球早期，这表明它在生命开始时发挥了作用。

这种被称为pantetheine（泛硫乙胺）的化合物是辅酶A的活性片段，对维持生命的化学过程，也就是新陈代谢非常重要。早期的研究未能有效地合成pantetheine，导致人们认为它在生命起源时是不存在的。

在发表在《科学》杂志上的这项新研究中，研究小组在室温下用氰化氢形成的分子在水中制造了这种化合物，氰化氢在早期地球上可能很丰富。

研究人员说，一旦形成，很容易想象pantetheine是如何帮助从蛋白质和RNA分子的简单前体到第一个生物体的化学反应的——这一时刻被认为发生在40亿年前。

该研究挑战了该领域一些研究人员的观点，即水对生命的破坏性太大，生命不可能起源于水，而生命更可能起源于周期性干涸的水池。

驱动产生泛氨酸的反应的是一种叫做氨基腈的能量丰富的分子，它在化学上与氨基酸密切相关，而氨基酸是蛋白质和生命的基石。

由Matthew Powner教授(伦敦大学学院化学系)领导的研究小组，使用类似的由氨基腈驱动的化学方法，证明了其他关键的生物成分是如何在生命起源时产生的，包括肽(产生蛋白质的氨基酸链)和核苷酸(RNA和DNA的组成部分)。

Powner教授说:“这项新研究进一步证明，生物的基本结构，即构建生物的主要分子，倾向于通过腈化学形成。”

“使用腈可以轻松地制造出不同种类的生物分子，这使我相信，生命不是由RNA这样的分子产生的，在生命开始之前就有一个‘RNA世界’，生物学的基本分子是彼此并排出现的——RNA、蛋白质、酶和辅因子组成的网络导致了第一个生物体。”

“我们未来的工作将研究这些分子是如何结合在一起的，例如泛肽化学如何与RNA、肽和脂质化学对话，以传递单个分子类无法单独传递的化学物质。”

早在1995年，已故的美国化学家Stanley Miller就进行了一次著名的合成泛酸的尝试，他在30年前就开始了生命起源实验领域的研究，在玻璃管中用四种简单的化学物质合成了氨基酸。

然而，在1995年后期的实验中，pantetheine的产量非常低，需要极高浓度的化学物质，这些化学物质在加热到100摄氏度之前已经干燥并密封在密封管中。

这项研究的主要作者之一、伦敦大学学院化学学院的Jasper Fairchild说:“Miller的研究和我们的主要区别在于，Miller试图使用酸性化学，而我们使用的是腈。是腈带来了能量和选择性。我们的反应只需在水中进行，用相对较低浓度的化学物质就能产生高产量的泛氨酸。”

“人们一直认为应该用酸来制造这些分子，因为使用酸似乎是生物学上的，这也是我们在中学和大学里学到的。”我们知道多肽是由氨基酸构成的。

“我们的研究表明，这种传统观点忽略了一个重要因素，即形成新键所需的能量。腈的反应看起来有点不同，但最终产物(生物的基本单位)是无法区分的，无论是通过酸还是腈化学形成的。”

虽然这篇论文只关注化学反应，但研究小组表示，他们证明的反应可能发生在地球早期的水池或湖泊中(但不太可能发生在海洋中，因为化学物质的浓度可能会被稀释)。

这项新研究得到了工程与物理科学研究委员会、西蒙斯基金会和大众基金会的支持。由于他在生命起源方面的工作，Powner教授被提名为2021年布拉瓦尼克青年科学家奖的决赛选手。该奖项授予年龄在42岁或以下的科学家，他们的研究“已经在改变技术和我们对世界的理解”。