化学家可能揭开了地球生命起源关键之谜

四十亿年前，地球上覆盖着一层类似污泥的物质，充满了原始的分子、气体和矿物质，这与生物学的定义相去甚远。然后，由于某种原因，在这个史前大杂烩中，突然出现了生命的关键成分——蛋白质、糖、氨基酸、细胞壁等。在接下来的几十亿年里，这些物质将继续结合并最终形成地球上的第一批生命。

许多化学家毕生致力于寻找生命起源时的化学和环境条件。然而，地质记录提供的线索很少，所以他们亲自合成了可能存在于数十亿年前的简单分子，以测试这些古老的“酶”是否能把史前原材料转变成生命的基本元素。

斯克里普斯研究所的一组化学家最近发表了一份报告，称他们发现了一种简单而原始的酶，可以与早期的催化剂反应，形成生命的一些关键元素，例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。

罗摩那拉亚南·克里希那穆提是斯克里普斯研究所的化学副教授，也是本文的主要作者。多年来，他的实验室一直在试验一种叫做磷酸二铵的合成酶，它可以促进磷酸化。磷酸化是指在分子中加入磷酸基团，这是一个非常重要的化学反应过程。没有磷酸化，就没有生命。

"现代生活和30亿年前的生活都是基于大量的磷酸化反应."凯丽思·纳莫迪指出，“你体内的核糖核酸、脱氧核糖核酸和许多生物分子都是磷酸化产物。糖、氨基酸和蛋白质也不例外。”

促进磷酸化的酶叫做蛋白激酶。它们利用磷酸化反应向细胞发出分裂指令，并增加某些蛋白质的合成，从而启动脱氧核糖核酸链的解链或核糖核酸的形成。凯丽思·纳莫迪认为磷酸二铵可能是最早启动磷酸化的原始蛋白激酶之一。

为了验证这一理论，凯丽思·纳伦德拉·莫迪和他的同事在实验室模拟了地球的早期环境，使用水和泥浆作为基质，并分别将它们调节到不同的酸碱度水平。他们将DAP酶与不同浓度的镁、锌和一种叫做咪唑的化合物结合，其中咪唑被用作催化剂来加速反应过程，但整个反应仍需要数周，有时甚至数月。

为了验证磷酸二铵的作用，它必须能够成功地刺激磷酸化反应，并在相似的条件下形成简单的核苷酸、肽和细胞壁。以前认为与生命起源有关的酶只能在非常不同的化学和环境条件下诱导特定结构的磷酸化。然而，凯丽思的纳伦德拉·莫迪发现磷酸二铵能够完成所有任务，首先完成四个核糖核酸核苷酸的磷酸化，然后是核糖核酸样短链，然后是脂肪酸、脂类和肽链。

这是否意味着磷酸二铵是将现成材料转化为生命的“魔笔”？凯丽思的纳伦德拉·莫迪说事实并非如此。

“充其量，我们只能证明简单的化学物质可以在适当的条件下刺激进一步的化学反应，从而可能产生类似的生物物质。但我们不能断言这是地球早期生命的起源。”

首先，凯丽思的纳伦德拉·莫迪不能证明40亿年前磷酸二铵存在于地球上。他在实验室里合成了这种分子，只是为了解决在潮湿的早期地球环境中硫酸化反应的一个基本难题。如果你想要更多的硫酸化反应，你必须在过程中去除水分子。

"当周围都是水的时候，你如何使分子脱水？"“从热力学的角度来看，这是一项极其困难的任务，”凯丽思·纳伦德拉问道。

磷酸二铵设法绕过了这个问题，因为它从分子中除去氨，而不是水。

凯丽思的纳姆迪正与地球化学家合作，寻找DAP在古代的起源。如果富含磷酸盐的岩浆流与空气中的氨反应，可能会产生磷酸二铵。此外，磷酸二铵也可能来自含磷酸盐的矿物。它也可能起源于遥远的恒星，并被陨石带到地球上。

但是有一点是清楚的:如果没有磷酸二铵或类似物质的功劳，地球可能仍然是一个没有生命的沼泽。