<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1672311550984/1672311550984.jpg" width="808" height="455" />一百五十年前，查爾斯達(dá)爾文推測生命可能起源于一個溫暖的小池塘。達(dá)爾文推測，在那里，化學(xué)反應(yīng)和奇怪的雷擊可能導(dǎo)致氨基酸鏈隨著時間的推移變得越來越復(fù)雜，直到生命開始出現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從那以后，研究人員開始研究這種生命前或&ldquo;生命起源前&rdquo;的化學(xué)反應(yīng)，試圖找出可能從充滿簡單氨基酸的水池到細(xì)菌、紅杉樹和人類的化學(xué)途徑。經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)，威斯康星大學(xué)麥迪遜分?；瘜W(xué)工程博士生 Hayley Boigenzahn 和化學(xué)與生物工程教授兼威斯康星發(fā)現(xiàn)研究所的創(chuàng)始教員 John Yin 可以解釋其中一個潛在的關(guān)鍵早期步驟是如何進(jìn)行的在生活的道路上可能會發(fā)生。他們在 2022 年 12 月出版的《生命起源與生物圈進(jìn)化》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在 1952 年一項(xiàng)名為 Miller-Urey 實(shí)驗(yàn)的著名研究中，研究人員模擬了被認(rèn)為存在于生命起源前地球上的條件，包括一定比例的水、甲烷、氫和其他元素。當(dāng)用電擊打模擬閃電時，研究人員發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)會產(chǎn)生氨基酸，這表明這些分子廣泛存在于生命起源前的地球上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們知道氨基酸是蛋白質(zhì)的組成部分，而蛋白質(zhì)對生命至關(guān)重要。&rdquo;尹說。 &ldquo;在生命起源前的化學(xué)中，長期以來，我們?nèi)绾尾拍茏屵@些東西以最終可能導(dǎo)致活細(xì)胞的方式形成鍵和弦，這一直是一個問題。這個問題很難，因?yàn)樗婕暗奶囟ɑ瘜W(xué)物質(zhì)在有水的情況下往往會失效。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在她的實(shí)驗(yàn)中，Boigenzahn 研究了這些氨基酸是否有可能在環(huán)境變化期間聚集在一起&mdash;&mdash;例如，當(dāng)一池水蒸發(fā)時。在化學(xué)活化劑存在的情況下，這些氨基酸可以結(jié)合在一起形成肽或氨基酸短鏈。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了研究氨基酸在干燥過程中如何形成鍵，Boigenzahn 創(chuàng)建了氨基酸甘氨酸和三偏磷酸鹽的溶液，三偏磷酸鹽是一種在火山過程中自然產(chǎn)生的活化劑。 Boigenzahn 使用加熱器蒸發(fā)溶液，觀察氨基酸在 24 小時內(nèi)發(fā)生的變化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>她發(fā)現(xiàn)的是一個兩階段的過程。在第一階段，當(dāng)溶液的 pH 值呈堿性時，甘氨酸結(jié)合成稱為二聚體的雙分子單元，它們也產(chǎn)生質(zhì)子，使溶液的 pH 值呈中性。在第二階段，隨著蒸發(fā)的發(fā)生，二聚體開始結(jié)合在一起形成更長的肽鏈，稱為寡甘氨酸。</p> <p>&nbsp;</p> <p>很容易想象一個場景，在這個場景中，含有活化劑的火山加熱溫泉中的氨基酸首先結(jié)合成二聚體。然后，隨著水的蒸發(fā)及其化學(xué)性質(zhì)的變化，二聚體結(jié)合并開始形成更長的氨基酸鏈。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Boigenzahn 說：&ldquo;我們在這里展示的是，在所有反應(yīng)中，它不一定必須是相同的環(huán)境。&rdquo; &ldquo;它們可以發(fā)生在不同的環(huán)境中，前提是正在發(fā)生的反應(yīng)有助于創(chuàng)造一個有利于下一步的環(huán)境。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過多次干濕循環(huán)，肽鏈可能會變得越來越長。最終，它們可能已經(jīng)開始自我折疊，形成酶或催化化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)。這可以為更復(fù)雜的蛋白質(zhì)和新陳代謝的開始奠定基礎(chǔ)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Boigenzahn 和 Yin 都表示，研究人員還需要很長時間才能找到從達(dá)爾文溫暖的小池塘到生命起源的可能路徑。但是，特別是對于化學(xué)工程師而言，研究生命起源前化學(xué)的努力可能會帶來巨大的回報。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果你真正了解這種不同于傳統(tǒng)生物學(xué)的化學(xué)，最終你可能會創(chuàng)造出能夠存儲信息、適應(yīng)和進(jìn)化的化學(xué)系統(tǒng)。&rdquo;Yin 說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;DNA 存儲信息的密度是計算機(jī)芯片的數(shù)千倍。如果我們能得到不需要活細(xì)胞就能做到這一點(diǎn)的系統(tǒng)，那么你就會開始考慮在分子水平上發(fā)生的各種新功能和過程。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Yin 是威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的維拉斯杰出成就教授。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>