原因終於揭曉了!20種胺基酸成就了所有偉大的生命之源!

2020-12-03 遨遊世界科學

這真的是巧合嗎?地球上所有的生命都是由同樣的20種胺基酸組成的!難道創造生命之源的存在只有這些嗎?不,科學家們現在認為他們知道原因了!

地球上的生命是如何首次出現的,這個問題自古以來就是人類一直在問自己的一個問題。雖然科學家對它發生的時間有了大致的了解,但對於它為什麼會發生還沒有明確的答案。大約40億年前,構成生命的化學物質胺基酸到底是如何聚集在一起形成第一個蛋白質分子的?

雖然這個問題仍然沒有答案,但科學家們正在進行新的發現,可能有助於縮小這個範圍。例如,喬治亞理工學院化學進化中心(CCT)的一組研究人員最近進行的一項研究表明,這種蛋白質分子的一些最早的前身可能是自發地連接起來形成一條鏈的。

地球的冥宙(約40億年前)對我們來說是一個謎,因為那個時候的地質證據很稀少。澳大利亞國立大學的研究人員計劃利用微小的鋯石顆粒來更好地了解早期地球。

幾十年來,科學家們一直在研究第一批胺基酸是如何聚集在一起形成蛋白質分子的。不幸的是,到目前為止,所有驗證這些理論的嘗試都失敗了。正如萊曼博士所說,「化學是如何導致複雜生命的,這是人類思考過的最有趣的問題之一。有很多關於蛋白質起源的理論,但沒有多少實驗實驗室支持這些觀點。」

在他們的研究中,研究小組進行了一項實驗,將少量的胺基酸(賴氨酸、精氨酸和組氨酸)與三種非生物競爭對手胺基酸放在一起。然後,這些酸被置於類似於被認為存在於冥宙的環境中。

這包括將選定的胺基酸放入含有羥基酸的水中,已知羥基酸能促進胺基酸反應,而這些反應在生命起源前的地球上很常見。然後將混合物加熱到85°C(185°F),並加快了反應過程,導致水蒸發,然後研究了由此產生的化學反應。

令他們驚訝的是,生物胺基酸竟然自發地形成整齊的片段,通過胺基團連接在一起。這些集團是由氮和氫組成的,反應性很強。然而,它們也是胺基酸核心的一部分,而形成從核心延伸出來的側鏈的其他胺(本實驗中使用的)通常反應性更強。正如弗蘭克-品特博士所說:「令我們驚訝的是,這種化學反應有利於蛋白質中發現的胺連接,儘管化學原理可能使我們相信非蛋白連接會受到青睞。與非蛋白相比,對蛋白質樣連接的比例大約是七比一。」

另一個令人驚訝的事實是,生物胺基酸在反應活性方面擊敗了非生物胺基酸。後一種酸在今天的蛋白質中還沒有發現,它具有和生物酸一樣發生化學反應的潛力。更重要的是,研究小組預計這些酸的加入將使生物酸與之競爭,甚至可能導致新的蛋白質的產生。

然而,這些反應主要導致肽的形成,更接近今天的實際蛋白質。特別是,研究人員認為,非生物胺基酸將超過生物胺基酸賴氨酸,賴氨酸將不能可靠地形成鏈。但是在這兩種情況下,研究人員都錯了,相反,他們發現賴氨酸主要以一種類似於今天蛋白質的方式進入鏈中。據此,研究小組假設,在生命找到製造蛋白質的方法之前,在生命系統中有用的預製胺基酸鏈就已經進化出來了。

他們的實驗表明生物胺基酸比非生物胺基酸更受大眾的接受,這一事實也為我們提供了一個新的視角,揭示了為什麼只有20種胺基酸進入了生命的形成的原因。科學家們認為,在冥古宙時期,也就是在生命起源前的地球上存在著500多種自然產生的酸,胺基酸的數量要多得多。而這20種胺基酸有什麼特別之處嗎?或者它們只是在進化的某個時刻被凍結了?簡而言之,實驗表明,蛋白質中使用的胺基酸更有可能結合在一起,因為它們反應更有效,幾乎沒有低效的副作用。

第一個胺基酸可能是在水中與羥基酸形成的,然後在乾燥條件下形成。簡而言之,實驗表明,蛋白質中使用的胺基酸更有可能結合在一起,因為它們反應更有效,幾乎沒有低效的副作用。這也為大多數生物聚合物在乾濕循環中形成的理論提供了額外的可信度,這也是CCT研究人員多年來一直爭論的問題。

這一理論認為,最初的蛋白質出現在雨水衝刷過的泥灘或陽光炙烤過的湖岸巖石上。這一理論與更為傳統的說法相左,後者認為生命的基石依賴於罕見的災難性事件,以及多種成分才能形成。通過表明這很可能是一個更直接的過程,這項研究可以讓我們離解開這個古老的謎團更近一步。

它也可能對尋找地球以外的生命有意義。如果生命的組成部分是自然反應的,並且相互吸引,那麼它可能會增加宇宙中其他地方發生類似化學反應的機率!

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