生命的甜蜜火花：揭開地球上第一批糖類的源頭

在最近發(fā)表在《化學(xué)》雜志上的一項研究中，來自斯克里普斯研究所和佐治亞理工學(xué)院的受人尊敬的生命起源化學(xué)家提出了一個關(guān)于原始地球上第一批糖的起源的新理論，這些糖是生命進化的組成部分。

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他們假設(shè)，創(chuàng)造原始生命形式所需的基本糖類可能是與乙醛酸（C2HO3-）反應(yīng)的結(jié)果，乙醛酸是一種相當(dāng)基本的化學(xué)物質(zhì)，在生命演化之前似乎就存在于地球上。

斯克里普斯研究所化學(xué)系教授Ramanarayan Krishnamurthy博士說："我們表明，我們的新假說與更傳統(tǒng)的觀點相比具有關(guān)鍵的優(yōu)勢，即早期糖類產(chǎn)生于化學(xué)品甲醛。"

Krishnamurthy的合著者是佐治亞理工學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院的名譽執(zhí)政官教授Charles Liotta博士。

生命起源化學(xué)家試圖解釋生命所需的基本分子構(gòu)件和反應(yīng)是如何從"前生物"地球上可能存在的簡單化學(xué)品中產(chǎn)生的。該領(lǐng)域的總體目標(biāo)是回答我們的生命星球是如何形成的這個基本問題。但是它的發(fā)現(xiàn)也可以為許多其他領(lǐng)域提供信息，并且已經(jīng)為這些領(lǐng)域提供了信息，從大氣科學(xué)和地質(zhì)學(xué)到合成生物學(xué)和尋找其他星球上的生命。

需要用生命起源化學(xué)來解釋的三大類生物分子是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，構(gòu)成DNA和RNA"字母"的核堿，以及在整個生物學(xué)中發(fā)現(xiàn)的糖類（也稱為碳水化合物），包括DNA和RNA的扭曲骨架結(jié)構(gòu)。根據(jù)普遍的理論，氨基酸可能來自于氨（NH3），而核堿則來自于氰化氫（HCN）。

糖類在地球的起源一直不太清楚。許多科學(xué)家認為最早的糖類來自涉及甲醛（CH2O）的反應(yīng)，但這種理論有一些缺點。

Liotta說："這一理論提出的甲醛反應(yīng)是相當(dāng)混亂的--由于甲醛在設(shè)想的早期地球條件下的高反應(yīng)性，它們有不受控制的副反應(yīng)和其他缺點。"

化學(xué)家們提出的替代方案是"乙醛反應(yīng)"，其中乙醛首先與自身發(fā)生反應(yīng)，形成一種被稱為乙醛的甲醛近親。研究人員建議，乙醛、乙二醇、它們的副產(chǎn)品和其他簡單的化合物可以繼續(xù)相互反應(yīng)，最終產(chǎn)生單糖和其他產(chǎn)品--而沒有基于甲醛的反應(yīng)的缺點。

乙醛酸在生命起源化學(xué)理論中已經(jīng)有了突出的作用。瑞士化學(xué)家Albert Eschenmoser在2007年提出，它的一種形式可能是多種原始生物分子的來源。Krishnamurthy和弗曼大學(xué)化學(xué)家Greg Springsteen博士也在2020年的《自然化學(xué)》論文中提出，乙醛酸可能幫助啟動了現(xiàn)代（三羧酸）TCA循環(huán)的原始版本，這是地球上大多數(shù)生命形式的基本代謝過程。

Krishnamurthy和他的團隊目前正努力在實驗室中證明，糖醛酸反應(yīng)的情況確實可能產(chǎn)生了第一批糖。他說："這樣的證明將擴大乙醛糖作為前生物化學(xué)中的一個多功能分子的作用，并進一步刺激尋找它自己在前生物地球上的起源。"

化學(xué)家們還在研究制造乙醛酸的反應(yīng)的潛在商業(yè)應(yīng)用，因為這些反應(yīng)有效地消耗二氧化碳，因此可以用來降低二氧化碳水平，無論是在工業(yè)環(huán)境中的局部還是在全球范圍內(nèi)對抗全球變暖。