一个现在著名的实验化学家 Stanley Miller 和 Harold Urey 于 1952 年进行的研究表明,即使我们不确定第一个活细胞是如何形成的,至少它们的一些分子构件可能是在古代地球条件下通过简单的化学反应产生的。
现在,半个多世纪后,来自法国和捷克共和国的研究人员使用了类似的实验来扩展这个潜在成分列表,以包括所有四个RNA碱基,在从化学汤到生命起源的道路上填补了一些可能的垫脚石。
虽然结果没有显示生命可能是如何形成的,但它们确实证明了地球上的条件大致3.5至40亿年前可能足以生产生物化学所需的化合物工具箱。
这些条件包括可能没有氧气的大气——称为还原气氛– 以及含有氮和碳基分子(如氨和甲烷)的温暖水体。
米勒和尤里将这两种化合物溶解在装有氢气的无菌烧瓶中进行实验,静置一周,然后用电冲击溶液以模拟罢工。
在他们的棕色粘液中,他们发现了氨基酸甘氨酸、α-丙氨酸和β-丙氨酸,以及一些天冬氨酸和α-氨基丁酸——这表明至少一些蛋白质的构建模块可以在没有复杂生物过程的帮助下制造。
后来证明,米勒和尤里所得的粗渣含有远远超过五种氨基酸——对他们保存的材料的研究2008年使用更好的分析设备分离出14种氨基酸和5种胺,其中甚至最近的分析米勒的一位学生提出最多可以生产 40 种化合物。
虽然它被誉为一项具有里程碑意义的实验,但也并非没有批评者,一些化学家认为没有明确的证据我们的气氛是还原性的,他们使用的材料可能没有那么丰富那时。
捷克科学院领导的这项实验的最新变化这次不是寻找氨基酸,而是寻找另一种有机构建块,称为甲酰胺。
RNA 聚合物由四种不同的单元组成——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶——所有这些单元都可以由甲酰胺制成。
关于这种基于 RNA 的前体可能来自何处,人们提出了各种建议。
研究人员在他们的论文中写道:“然而,在大多数情况下,此类系统的确切化学性质尚未在实验或理论上得到很好的探索。”发表报告。
与米勒和尤里一样,实验者推断古代地球上的大气可能略有还原性,但他们的版本用最初实验中的甲烷代替了一氧化碳,并省略了氢气。
正如预测的那样,他们所得的汤含有大量的甲酰胺和氰化氢。
研究人员写道:“甲酰胺分子并不直接发挥起始底物的作用,但它是从简单模型益生元混合物到生物分子的反应的可疑中间体。”
换句话说,他们仍然需要证明,通过应用紫外线辐射或其他一些催化剂,可以促使甲酰胺与 RNA 碱基发生反应。
另一种可能性可能是强烈冲击波产生的等离子体,就像那些由影响。
由于将巨石发射到化学烧瓶中是不切实际的,因此该团队选择了下一个最好的方法——从太瓦级激光系统发出强烈的光。
“我们检测到了所有 RNA 经典核碱基——尿嘧啶、胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤——以及尿素和最简单的氨基酸甘氨酸,”研究人员写道。
“这些发现支持这样的观点,即 NH3 + CO + H2O 气氛可以替代纯甲酰胺,并且不仅可以作为氨基酸形成的起始环境,还可以作为 RNA 核碱基形成的起始环境。”
虽然他们发现的数量很少,但他们确实证明了从一些常见化合物到 RNA 的途径在还原性大气中至少是合理的,即使地球上存在的条件仍然存在争议。
研究小组还表明,核酸碱基可以分解成有助于使大气更具还原性的产物,这些产物反过来又可以发生反应,变回核碱基。
这不仅暗示了可能为这里的生命产生奠定基础的反应,还有助于为我们提供其他大气层减少的世界上潜在生命存在的迹象,例如的月亮泰坦。
倒转进化论,我们最终会到达这样一个时刻:基于复制细胞内竞争遗传学的模型无法再解释地球上生命的起源。
像这样的实验可能无法明确地展示生命是如何由原子组装而成的,但它们确实在某种程度上揭示了宇宙中某个地方的生命可能出现的可能的垫脚石。
这项研究发表在美国国家科学院院刊。