科學(xué)家們剛剛重現(xiàn)了可能導(dǎo)致地球上生命的化學(xué)反應(yīng)

生命是如何開始的？早期地球上的化學(xué)反應(yīng)是如何創(chuàng)造出復(fù)雜的、自我復(fù)制的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)發(fā)展成我們所知道的生物？

根據(jù)一種思想流派的說法，在當(dāng)前基于DNA的生命時代之前，有一種分子叫做RNA（或核糖核酸）。RNA——今天仍然是生命的重要組成部分——可以自我復(fù)制并催化其他化學(xué)反應(yīng)。

但RNA分子本身是由稱為核糖核苷酸的較小成分組成的。這些構(gòu)建塊是如何在早期地球上形成的，然后結(jié)合成RNA？

像我這樣的化學(xué)家正試圖重建在生命誕生之初形成RNA所需的反應(yīng)鏈，但這是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。我們知道，產(chǎn)生核糖核苷酸的任何化學(xué)反應(yīng)都必須能夠在數(shù)十億年前在我們星球上發(fā)現(xiàn)的混亂、復(fù)雜的環(huán)境中發(fā)生。

我一直在研究“自催化”反應(yīng)是否可能起到了一定作用。這些反應(yīng)會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，鼓勵相同的反應(yīng)再次發(fā)生，這意味著它們可以在各種情況下維持自身。

在我們的最新工作，我和我的同事們已經(jīng)將自催化整合到一種眾所周知的化學(xué)途徑中，用于產(chǎn)生核糖核苷酸構(gòu)建塊，這可能發(fā)生在早期地球上發(fā)現(xiàn)的簡單分子和復(fù)雜條件下。

福爾摩斯反應(yīng)

自催化反應(yīng)在生物學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，從調(diào)節(jié)我們的心跳到在貝殼上形成圖案。事實上，生命本身的復(fù)制，即一個細(xì)胞從環(huán)境中吸收營養(yǎng)和能量來產(chǎn)生兩個細(xì)胞，是自催化的一個特別復(fù)雜的例子。

1861年首次發(fā)現(xiàn)的一種稱為福爾摩斯反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)是早期地球上可能發(fā)生的自催化反應(yīng)的最好例子之一。

從本質(zhì)上講，甲醛反應(yīng)從一種稱為乙醇醛（由氫、碳和氧組成）的簡單化合物的一個分子開始，以兩個分子結(jié)束。該機(jī)制依賴于另一種稱為甲醛的簡單化合物的持續(xù)供應(yīng)。

乙醇醛和甲醛之間的反應(yīng)產(chǎn)生更大的分子，分裂出碎片，這些碎片反饋到反應(yīng)中并使其繼續(xù)進(jìn)行。然而，一旦甲醛耗盡，反應(yīng)就會停止，產(chǎn)物開始從復(fù)雜的糖分子降解為焦油。

福爾摩斯反應(yīng)與制造核糖核苷酸的著名化學(xué)途徑（稱為 Powner-Sutherland 途徑）共享一些共同成分。然而，直到現(xiàn)在，還沒有人試圖將兩者聯(lián)系起來——這是有充分理由的。

福爾摩斯反應(yīng)因“無選擇性”而臭名昭著。這意味著它會產(chǎn)生許多無用的分子以及您想要的實際產(chǎn)品。

核糖核苷酸通路中的自催化扭曲

在我們的研究中，我們嘗試在甲塑反應(yīng)中添加另一種稱為氰胺的簡單分子。這使得在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一些分子有可能被“吸走”以產(chǎn)生核糖核苷酸。

該反應(yīng)仍然不會產(chǎn)生大量的核糖核苷酸構(gòu)建單元。然而，它產(chǎn)生的那些更穩(wěn)定，更不容易降解。

我們研究的有趣之處在于甲塑反應(yīng)和核糖核苷酸生產(chǎn)的整合。以前的研究已經(jīng)單獨研究了每種方法，這反映了化學(xué)家通常如何考慮制造分子。

一般來說，化學(xué)家傾向于避免復(fù)雜性，以最大限度地提高產(chǎn)品的數(shù)量和純度。然而，這種還原論方法可能會阻止我們研究不同化學(xué)途徑之間的動態(tài)相互作用。

這些相互作用在實驗室外的現(xiàn)實世界中隨處可見，可以說是化學(xué)和生物學(xué)之間的橋梁。

工業(yè)應(yīng)用

自催化也有工業(yè)應(yīng)用。當(dāng)您將氰胺添加到甲醛反應(yīng)中時，另一種產(chǎn)物是一種稱為 2-氨基噁唑的化合物，用于化學(xué)研究和許多藥物的生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的2-氨基噁唑生產(chǎn)通常使用氰胺和乙醇醛，后者價格昂貴。如果可以使用甲醛反應(yīng)制造，則只需少量乙醇醛即可啟動反應(yīng)，從而降低成本。

我們的實驗室目前正在優(yōu)化這一過程，希望我們能夠操縱自催化反應(yīng)，使常見的化學(xué)反應(yīng)更便宜、更高效，并且他們的醫(yī)藥產(chǎn)品更容易獲得。也許它不會像生命本身的創(chuàng)造那么重要，但我們認(rèn)為它仍然是值得的。

Quoc Phuong Tran（國芳陳酒店），益生元化學(xué)博士候選人，新南威爾士大學(xué)悉尼分校

本文轉(zhuǎn)載自對話根據(jù)知識共享許可。閱讀原文.

寶寶起名 起名