“生命起源”之谜里的一块重大缺失，或已被化学家找到

化学 Chemistry

碳元素是有机化学里的主心骨，但地球上的生命之所以是现如今的样子，除了离不开碳以外，还跟周期表中另一个元素息息相关，这个关键元素就是——磷。

从化学角度讲，将碳氢化合物转化为包含磷这一重要元素的各类分子，是一个巨大的进化性飞跃。现在，科学家们认为他们或许已经解开了这一重要步骤是如何实现的谜题。斯克里普斯研究所（TSRI）的化学家找到了一种能够在水中进行磷酸化的分子，并确认了它就是将非生命物质变成能进化的细胞的关键环节。

在与物种起源有关的经典难题里，关于哪个化学反应启动了生命的争论仍在继续。RNA是否出现在蛋白质结构之后？新陈代谢是否激发了整个生命？脂类又是什么？等等等等......

无论你来自哪个无生源说（abiogenesis）学派，都得承认不同种类的有机分子的产生都需要一个磷酸化的过程，即将磷酸基导入一个有机分子中。一直以来，没有人能证明，有任何特殊的试剂能导致这个过程发生在生命起源前的那些化合物上。直到最近。

TSRI的化学副教授 Ramanarayanan Krishnamurthy 说：“我们认为一种磷酸化化合物能同时导致寡核苷酸、寡肽、和细胞样能包围它们的结构产生。这种磷酸化合物就是 DAP。这使得在这之前不可能发生的化学反应变得可能，并可能因此导致了第一批以细胞为基础的简单生物的出现。”这一研究结果被刊登在11月6日的《自然化学》杂志上。

虽然在此之前，也有别的科学家描述过在生物起源前的早期地球上能引发磷酸化作用的化学反应，但那些情况下，不同类型的分子所涉及到的磷酸化反应都需不同的磷酸化剂，并且所需的反应环境也各不相同。

对此，Krishnamurthy 说：“在这种情况下，我们很难想象这些完全不同的反应是如何在同一地点同时导致第一批生命出现的。”在这次研究中，他和他的团队首次证明了，在地球早期，DAP 可以在水中或者粘稠环境中对 RNA 的四种基础核苷进行磷酸化。随着咪唑（imidazole 一种在早期地球上可能存在的有机化合物）作为催化剂的出现，再加上 DAP 自身的活性，造成了磷酸化结构单元短链的出现。此外，DAP能与水和咪唑一起，有效地对脂类结构的甘油和脂肪酸进行磷酸化，这使得小型磷脂粒能自行组合成囊泡，即最原始的细胞的样子。

在室温下，水中的DAP也可以对甘氨酸，冬氨酸、和谷氨酸进行磷酸化，并促使它们形成短的肽链。研究人员甚至发现，同样的试剂还可以使磷酰基与甘油以及脂肪酸结合，产生在细胞膜中排列成行的磷脂。

在此之前，Krishnamurthy 和他的团队就已经发现，DAP可以有效地对各种单糖进行磷酸化，从而帮助构建早期生命形式所涉及到的含磷碳水化合物。他们的研究表明，DAP在生命起源方面可能发挥非常重要的作用。

Krishnamurthy说：“通过DAP、水还有一些普通的条件，就可以让这三类重要的分子聚集在一起并发生转化，为它们之间的相互作用创造机会。”

○ 三种生命起源前分子的磷酸化产生的相应的高级结构：寡核苷酸、肽和囊泡。| 图片来源：TSRI

当然，我们并不能因此断言DAP在生物起源方面的重要性，毕竟那是几十亿年前发生的事件。首先需要科学家证明的是，DAP是否存在于达尔文介绍的40多亿年前的“温暖的小池”中。但在现代生物化学中，我们似乎能寻找到一些DAP留下的痕迹。

Krishnamurthy 解释说：“DAP的磷酸化过程经历相同的磷-氮键断裂，和现在生物体中无处不在的蛋白激酶的条件相同。DAP磷酸化的化学反应也与现在每个细胞的代谢周期中心的反应非常相似。” 他们的下一步计划将是与地球化学家合作，找出潜在的非生物来源的DAP。

Krishnamurthy 表示：“在对的条件下，早期地球上已经出现过可能释放出磷-氮化合物的矿物。天文学家在星际空间的气体和尘埃中发现了磷-氮化合物存在的证据，因此这种化合物也完全有可能曾出现在过早期地球上，并在复杂分子的出现中起到了一定作用。”

在半个多世纪的时间里，研究人员一直在寻找非生命的化学物质能根据简单规则自行组合成复杂系统的方法。或许我们对生命起源的认识永远会存在盲点，但 DAP 至少帮助填补了其中之一项的重大空缺。

编译：糖主

参考来源：

https://www.scripps.edu/news/press/2017/20171106krishnamurthy.html