普渡大學科學家發現“生命起源背後的化學”
普渡大學的化學家們發現了一種在水中發生肽形成反應的機制–這在過去幾十年來一直困惑著科學家們。Graham Cooks說:“這基本上是生命起源背後的化學。”他是普渡大學理學院分析化學的亨利-博恩-哈斯傑出教授。“這是第一次證明原始分子,簡單的氨基酸,在純水滴中自發形成肽,即生命的組成部分。這是一個戲劇性的發現。”
這種基於水的化學,導致了蛋白質,並最終導致了地球上的生命,也可能導致更快地開發出治療人類最衰弱疾病的藥物。該團隊的發現於10月3日發表在《美國國家科學院院刊》雜誌上。
幾十年來,科學家們一直推測地球上的生命始於海洋。然而,這背後的化學成分仍然是一個謎。原始的氨基酸–隕石每天運送到早期地球的東西–可以反應並搭接在一起形成肽類。這些是蛋白質的組成部分,最終也是生命的組成部分。奇怪的是,這個過程需要失去一個水分子,這在潮濕、水系或海洋環境中似乎極其不可能。對於生命的形成,它需要水。然而,它也需要遠離水的空間。
Cooks是質譜分析和早期地球化學方面的專家,他的研究小組已經發現了這個謎題的答案:”水並不是到處都是濕的”。在邊緣地帶,即水滴與大氣相遇的地方,可以發生極其快速的反應,將非生物氨基酸轉化為生命的構建塊。因此,生命潛在進化的肥沃景觀是在海霧飛入空中和海浪拍打陸地的地方,或者淡水從斜坡上迸發的地方。
化學家們使用質譜儀檢查含有水的液滴中的化學反應已經超過10年了。Cooks說:“液滴中的反應速度比同樣的化學品在散裝溶液中的反應速度快一百到一百萬倍。”
這些反應的迅速速度使催化劑成為不必要的,加快了反應速度,在早期地球化學的情況下,使生命的進化成為可能。幾十年的科學調查一直專注於弄清這一機制是如何運作的。生命如何在地球上出現的秘密可以幫助科學家更好地理解它發生的原因,並指導他們在其他行星,甚至衛星上尋找生命。
了解氨基酸是如何將自己構建成蛋白質並最終形成生命形式的,徹底改變了科學家對化學合成的理解。同樣的化學有可能幫助合成化學家通過加速關鍵過程來識別和創造新型藥物和疾病的治療方法。
Cooks表示:“如果你在晚上走過一個學術校園,那些亮著燈的建築就是合成化學家工作的地方。他們的實驗非常緩慢,每次都要運行幾天或幾週。這沒有必要,利用液滴化學,我們已經建立了一個儀器,現在正在普渡大學使用,以加快新型化學品和潛在新藥物的合成。”