生命如何在地球上开始的化学线索

地球并不总是有生命。但是大约40亿年前，环境中的某些东西发生了变化，具有生物特性的系统开始出现。许多科学家认为，一种叫做氨基酸的分子的活泼舞蹈是这种转变的部分原因：分子联系起来，分裂并最终聚集在一起形成我们所知道的生命。

我们可能永远不知道这个过程究竟是如何运作的，但是今天的化学家们已经发现了新的发现，这些发现建立在生命形成的有希望的理

“化学如何导致复杂的生活是人类思考过的最令人着迷的问题之一，”Scripps Research化学助理教授Luke Leman博士说。“有很多关于蛋白质起源的理论，但实验室对这些观点的实验支持并不多。”

莱曼最近共同领导了一项关于早期地球生命配方的研究; 该研究发表在“ 科学院院刊”上。他与佐治亚理工学院和化学进化中心的研究人员密切合作，该研究中心得到了科学基金会和航空航天局的支持。

佐治亚理工学院博士后研究员，该论文的第一作者莫兰·弗伦克尔 - 品特博士说：“这项研究有助于我们了解在生物前地球上形成带正电荷的多肽。” 肽是由两个或更多个氨基酸组成部分连接起来，从而构成每种生物的蛋白质。

Leman，Frenkel-Pinter和该领域的许多其他科学家发现奇怪的是，我们星球上的每一个生物都是从完全相同的20个氨基酸组成的蛋白质。为什么那个具体的设定 科学家们知道那里有更多的氨基酸。事实上，含有多达80种氨基酸的陨石已降落在地球上。

“在益生元的地球上，会有更多的氨基酸，”莱曼说，他也是化学进化中心的科学合作者。“这20种氨基酸有什么特别之处，或者它们是否会因进化而在某个时刻被冻结?”

这项新研究表明，生命对这20种氨基酸的依赖并非偶然。研究人员表明，蛋白质中使用的氨基酸种类更容易连接在一起，因为它们更有效地反应在一起，几乎没有低效的副反应。

这一发现为研究人员提供了回顾时间和工作模型，用于测试生命起源的进一步理论。了解肽的形成对合成化学领域也很重要，科学家正在努力设计可用于药物治疗和材料科学的新分子。

“这项工作是了解为什么在生命必​​需蛋白质中发现某些结构单元的真正步骤，”科学基金会化学创新中心的项目主任Kathy Covert说，该中心是化学进化中心的共同资助。“通过这样的研究，该中心正在实现其雄心勃勃的使命，即揭示生物聚合物的化学成分，这是所有生物的基础。”

在实验中，研究人员将“蛋白质”氨基酸 - 今天生物体使用的氨基酸 - 与生物体中不存在的氨基酸进行了比较。研究人员知道水蒸发可能创造了氨基酸在早期地球上连接在一起所必需的条件，因此他们使用干燥反应 - 水蒸发并加热 - 以模拟导致氨基酸形成肽的自然条件。

“通过加热和干燥循环，您可以形成与蛋白质结构相似的氨基酸链，”Leman说。

他们的实验表明，蛋白质氨基酸更可能自发地连接形成大的“大分子”而不需要任何其他成分，例如酶或活化剂。这种连接是形成蛋白质的重要​​步骤。

蛋白质氨基酸似乎更喜欢通过称为α-胺的部分结构的反应性。它们大多形成线性的蛋白质样骨架“拓扑结构”(几何形态)。这种趋势可能给这些氨基酸先声夺人的折叠和装订，最终导致蛋白质。

根据他们观察到的化学反应，科学家们现在可以解释今天蛋白质中带正电荷的氨基酸的选择。

“这是一种纯粹的化学驱动力，可能导致某些氨基酸的选择超过其他氨基酸，”莱曼说。

乔治亚理工学院教授，​​该研究的联合负责人洛伦威廉姆斯博士说，这项研究为化学家提供了一个起点，让他们了解生命如何在地球早期开始，也称为哈迪地球。“我们开始了解基于Hadean地球的纯化学过程如何产生与生物聚合物具有惊人相似性的分子，”威廉姆斯说，他也是CCE的成员。

展望未来，研究人员希望研究这些氨基酸如何与RNA相互作用，早期的成分可能使进化的下一步成为可能。

“了解这些带正电荷的蛋白质祖先如何与RNA等负电荷分子配合将会很有趣，”Frenkel-Pinter说。