科學家發現小分子結合生物的路線,地球上第一個生命的來源,或許將要水落石出

天空之城 2020/10/17 檢舉 我要评论

生命的起源,是一個永恆的話題,在幾千年的歷史中,不同民族的人類都曾思考過這個問題,並且給出了不同的答案。

在現代科學建立以前,先民習慣於將原因歸結於神話。當現代科學建立以後,我們知道了首先要有星球,然後有各種原子結合成有機物,有機物再結合成為更複雜的有機物,進而形成了構成細胞的各個細胞器,再由細胞結合為多細胞生物。

這個過程說起來容易,實際卻極其困難。單單是有機分子結合成為細胞器,聽起來就已經十分神奇了。因為這些細胞器或者其他支持生命的分子都非常大,並且種類極其繁多,它們的出現不僅需要相當嚴苛的條件,而且看起來充滿了陰差陽錯、機緣巧合。有機分子結合成為生命,絕對是宇宙中最大的奇跡。

這個奇跡,就這樣發生了。最晚在距今37億年前,地球上就已經有單細胞生物出現了。那個時候,地球才形成了不到10億年。這個時間聽起來已經相當長了,但是考慮到前面提到的難度,也有人覺得地球能夠在這個時間內奇跡般地孕育生命仍然值得我們讚歎。

那麼,這個奇跡到底是怎麼發生的呢?那些原本只有幾個、十幾個原子的小分子,到底是怎樣結合成為幾千甚至幾萬個原子的大分子,進而構成我們生物體的基礎物質的呢?

最近,來自波蘭和韓國的科學家們開發了一個程式,通過這個程式,他們發現了一條地球早期存在的簡單有機分子結合成為生物體複雜大分子的可能路線。也就是說,地球上第一個生命的來源,或許將要水落石出。

研究人員指出:「雖然大家已經對幾百種有機反應在沒有生命的條件下的進行達成了共識,但是對於每一個反應步驟如何串聯成為一個完整的生物體合成途徑從而結合為生物體,仍然只有非常片面的理解。借助電腦類比有機合成反應的強大能力,我們可以繪製一張由基本的前生物原料合成的網路。」

該團隊開發的程式名叫Allchemy,然後將已知的前生物化學反應進行編碼,輸入到系統之中,其中包括了各種不相容的基團以及反應條件等資訊,以及已知的前生物條件下的反應機制。在設定了這些反應條件和過程後,研究團隊把六種目前已知在地球出現生命的前夕就已經存在的基本分子輸入到程式中,然後開始了模擬。這6種分子分別是:水、氮、氰化物、氨氣、甲烷和硫化氫。

通過輸入的反應過程,程式迅速開始類比可能出現的連續反應過程。隨著新的產物不斷出現,可能出現的反應也越來越多,這些反應產物之間可以繼續進行合成,也可以和前幾代產物以至於最初的六種基本分子進行化學反應。在這些複雜的反應過程中,生物體所必須的物質逐漸出現,如核酸、蛋白質、脂質等等。當模擬的代數足夠多時,所有前生物分子的反應過程就都被重現出來了。

Allchemy程式還發現:有一些前生物分子的合成過程,要遠比原先研究人員想像的速度快得多。比如在我們體內的抑制性神經遞質甘氨酸(C2H5NO2),甚至只需要一步反應就可以合成;如尿素、DNA的成分之一腺嘌呤、草酸和丁烯二酸等物質,在兩步反應過程之後就能夠出現;甘油醛、異鳥嘌呤、天門冬氨酸、次黃嘌呤、另一種DNA成分胞嘧啶、苯丙氨酸、琥珀酸、蘋果酸、乙醛酸和醛固酮等物質的合成,也只需要三步化學反應。

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