地球生命的起源是一组悖论,这个难题该怎样解决?

文章作者:Lily | 2016-05-13
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地球生命的起源是一组悖论。为使生命得以开始,就必须有遗传分子——类似DNA或RNA的物质——能够按照蓝图来制造蛋白质,也就是生命的主力分子。但是现代细胞无法在没有蛋白质的帮助下自己复制DNA与RNA。更让人头疼的是,没有哪个分子能够在没有脂肪脂类的情况下独自完成任务,脂肪脂类能够提供细胞膜来保存细胞内的物质。在另一个“鸡与蛋”的复杂谜题中,以蛋白质为基础的酶(通过遗传分子编码)是合成脂类的必要物质。

现在研究人员声称他们可能已经解决了这些悖论。化学家报告了早期地球上富含的一对简单化合物,它们能够产生简单反应的网络,生成三类主要的生物分子核酸、氨基酸和脂类。这也是早期生命形成必需的物质。虽然这项新研究不能证明生命是如何开始的,但最终可能有助于解释现代科学中最深奥的谜团之一。

“这是一篇非常重要的论文。”杰克·绍斯塔克说道,“它首次提出了几乎所有的生命基本构建模块都能被集合到同一个地质环境中的场景。”他是波士顿马萨诸塞州总医院的分子生物学家和生命起源研究者,并未参与目前的研究。

长期以来,科学家各自鼓吹自己最爱的生物分子最初形成的场景。例如“RNA世界”的支持者认为,RNA可能是分子形成的先锋,它不仅能携带遗传信息,还可以作为类似蛋白质的化学催化剂加速某些反应。而“代谢第一”支持者认为,是简单的金属催化剂而非高级的蛋白质酶创造了有机构建模块的“汤”,使其他生物分子得以形成。“RNA世界”假说在2009年取得了很大进展。由英国剑桥大学约翰·萨瑟兰领导的化学家团队报告说,他们发现相对简单的前体化合物乙炔和甲醛可以经过一系列反应,生成RNA4个核苷酸构建模块中的两个。这显示出了一条在不需要酶的情况下,RNA如何在“原始汤”中自主形成的合理路径。然而批评者指出,乙炔和甲醛仍然是有些复杂的分子,这仍会引出它们到底从何而来的问题。原文地址:http://www.ufo-1.cn/article/201605/1032.html

在当前的研究中,萨瑟兰和他的同事着手反向研究这些化学物质,试图找到一条用更简单的原料形成RNA的路径。他们成功了。在2015年的《自然化学》杂志中,萨瑟兰的团队报告称可以只用氰化(HCN)、硫化氢(H2S)和紫外线UV)光形成核酸前体。萨瑟兰说,更重要的是产生核酸前体的条件也可以生成制造天然氨基酸和脂类的原料。这意味着这一系列反应可以同时产生大部分的生命构建模块。

萨瑟兰的团队认为,早期地球的环境对那些反应十分有利。在地球历史最初的几亿年中,富含氰化氢的彗星像雨点一样不断下落,撞击产生的能量也足够将氢、碳和氮合成氰化氢。萨瑟兰说,硫化氢同样被认为在早期地球上十分普遍,也包括能够推动反应进行的紫外线辐射,以及起到催化作用的金属矿物质。

即便如此,萨瑟兰还是警告说,这些反应本可以使生命构建模块中的每一部分都各不相同——例如需要不同的金属催化剂——但它们极有可能并不会都在同一地点发生。他说,化学和能量的细微变化更有可能在不同的地方优先形成某些生命构建模块,例如氨基酸或脂类。“雨水会将这些化合物冲到一片公共池塘里。”戴夫·迪莫说,他是加州大学圣克鲁兹分校的生命起源研究者,并未参与此项研究。

生命之火会在这片池塘里点燃吗?这个细节几乎肯定已经淹没在历史长河中了。但这一想法及其背后的“合理的化学反应”值得我们用心思考。“这个综合场景提出了许多问题,”绍斯塔克说,“我确信未来还得讨论一段时间。”

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