科學家們剛剛重現了可能導致地球上生命的化學反應

生命是如何開始的？早期地球上的化學反應是如何創造出復雜的、自我復制的結構，這些結構發展成我們所知道的生物？

根據一種思想流派的說法，在當前基于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——可以自我復制并催化其他化學反應。

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

像我這樣的化學家正試圖重建在生命誕生之初形成RNA所需的反應鏈，但這是一項具有挑戰性的任務。我們知道，產生核糖核苷酸的任何化學反應都必須能夠在數十億年前在我們星球上發現的混亂、復雜的環境中發生。

我一直在研究“自催化”反應是否可能起到了一定作用。這些反應會產生化學物質，鼓勵相同的反應再次發生，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將自催化整合到一種眾所周知的化學途徑中，用于產生核糖核苷酸構建塊，這可能發生在早期地球上發現的簡單分子和復雜條件下。

福爾摩斯反應

自催化反應在生物學中起著至關重要的作用，從調節我們的心跳到在貝殼上形成圖案。事實上，生命本身的復制，即一個細胞從環境中吸收營養和能量來產生兩個細胞，是自催化的一個特別復雜的例子。

1861年首次發現的一種稱為福爾摩斯反應的化學反應是早期地球上可能發生的自催化反應的最好例子之一。

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

乙醇醛和甲醛之間的反應產生更大的分子，分裂出碎片，這些碎片反饋到反應中并使其繼續進行。然而，一旦甲醛耗盡，反應就會停止，產物開始從復雜的糖分子降解為焦油。

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

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

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中添加另一種稱為氰胺的簡單分子。這使得在反應過程中產生的一些分子有可能被“吸走”以產生核糖核苷酸。

該反應仍然不會產生大量的核糖核苷酸構建單元。然而，它產生的那些更穩定，更不容易降解。

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

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

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

工業應用

自催化也有工業應用。當您將氰胺添加到甲醛反應中時，另一種產物是一種稱為 2-氨基噁唑的化合物，用于化學研究和許多藥物的生產。

傳統的2-氨基噁唑生產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制造，則只需少量乙醇醛即可啟動反應，從而降低成本。

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

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

本文轉載自對話根據知識共享許可。閱讀原文.

寶寶起名