地球上的生命可能是如何从稀薄的空气和水形成的

地球上的生命起源仍是一个深奥的存在和科学之谜。长期以来，人们一直认为地球上丰富的海洋可能是揭开这一秘密的关键。普渡大学科学家的一项新研究可能会将这一想法向前推进一步。

这篇论文于 10 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，研究了肽：氨基酸链是蛋白质和生命本身的重要微小组成部分。作者发现，氨基肽可以在水与大气接触时发生的快速反应中自发生成，例如当瀑布冲向岩石，水花被吹向空中时。这种反应可能发生在大约 40 亿年前，当时地球是一个没有生命、火山密布、水汪汪、充满熔岩的星球，生命刚刚开始。

“这本质上就是生命起源背后的化学原理，”这项研究的作者、普渡大学分析化学教授格雷厄姆·库克斯 (Graham Cooks) 在一份新闻稿中表示。“这是首次证明原始分子、简单的氨基酸在纯水滴中自发形成肽，即生命的组成部分。这是一个惊人的发现。”

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在这项研究中，作者写道，这一发现提供了“第一种生物聚合物形成的合理途径”，即生物产生的复杂结构。几十年来，科学家们一直在努力理解这一过程是如何进行的，因为破解地球上生命如何（甚至为什么）出现的秘密可以帮助科学家更好地在其他星球上寻找生命，甚至是在我们银河系甚至更远的卫星上寻找生命。

要理解这种以水为基础的化学反应，就要回到地球上创造生命的蛋白质。数十亿年前，人们认为构成生命的原始氨基酸是由陨石带到地球上的。这些氨基酸发生反应，粘在一起形成肽，肽是蛋白质的组成部分，最终形成了生命本身。然而，当氨基酸粘在一起形成肽时，必须失去一个水分子。在一个大部分被水覆盖的星球上，这并不容易做到。基本上，生命的形成需要水，但也需要失去一些水。

库克斯向VICE解释了这一“水悖论”。 “水悖论是以下两点之间的矛盾：（i）有非常充分的证据证明，导致生命的化学反应发生在生命起源前的海洋中；（ii）热力学限制正是阻止这些（失水）反应在水中发生。蛋白质是由失水而由氨基酸形成的”和“水中不会失水，因为水会逆转这一过程（热力学上不允许）。”

这项新研究罕见地揭示了地球的早期，当时非生命化合物突然结合形成生物。这种非生命物质产生生命的过程称为无生源论，其工作原理尚不完全清楚。由于肽是蛋白质（以及其他可以自我复制的生物分子）的基础，因此肽的产生是无生源论中的关键步骤。

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Cooks 和他的团队证明，肽可以在数十亿年前地球上存在的化学环境中轻易形成。然而，一个关键因素是飞过空气或滑下岩石的微小液滴的大小，它们与空气相互作用并形成快速的化学反应。“液滴中的反应速度比相同化学物质在本体溶液中的反应速度快一百到一百万倍，”Cooks 说。

这种快速的化学反应不需要催化剂就能开始，这使得地球上的生命进化成为可能。该团队利用“液滴融合”实验重建了肽的可能形成过程，模拟了水滴在空气中碰撞的方式。了解氨基酸在蛋白质中形成的化学合成过程可以帮助合成化学家加速化学反应，而这些化学反应对于开发新药和治疗疾病至关重要。

“如果你晚上走过一个学术校园，那些亮着灯的建筑就是合成化学家们工作的地方，”库克斯说。“他们的实验进展非常缓慢，每次都要花几天或几周的时间。但这并不是必须的，我们利用液滴化学建造了一个装置，现在普渡大学正在使用它，以加速新型化学品和潜在新药的合成。”