科学家们刚刚重现了可能导致地球上生命的化学反应

生命是如何开始的？早期地球上的化学反应是如何创造出复杂的、自我复制的结构，这些结构发展成我们所知道的生物？

根据一种思想流派的说法，在当前基于DNA的生命时代之前，有一种分子叫做RNA（或核糖核酸）。RNA——今天仍然是生命的重要组成部分——可以自我复制并催化其他化学反应。

但RNA分子本身是由称为核糖核苷酸的较小成分组成的。这些构建块是如何在早期地球上形成的，然后结合成RNA？

像我这样的化学家正试图重建在生命诞生之初形成RNA所需的反应链，但这是一项具有挑战性的任务。我们知道，产生核糖核苷酸的任何化学反应都必须能够在数十亿年前在我们星球上发现的混乱、复杂的环境中发生。

我一直在研究“自催化”反应是否可能起到了一定作用。这些反应会产生化学物质，鼓励相同的反应再次发生，这意味着它们可以在各种情况下维持自身。

在我们的最新工作，我和我的同事们已经将自催化整合到一种众所周知的化学途径中，用于产生核糖核苷酸构建块，这可能发生在早期地球上发现的简单分子和复杂条件下。

福尔摩斯反应

自催化反应在生物学中起着至关重要的作用，从调节我们的心跳到在贝壳上形成图案。事实上，生命本身的复制，即一个细胞从环境中吸收营养和能量来产生两个细胞，是自催化的一个特别复杂的例子。

1861年首次发现的一种称为福尔摩斯反应的化学反应是早期地球上可能发生的自催化反应的最好例子之一。

从本质上讲，甲醛反应从一种称为乙醇醛（由氢、碳和氧组成）的简单化合物的一个分子开始，以两个分子结束。该机制依赖于另一种称为甲醛的简单化合物的持续供应。

乙醇醛和甲醛之间的反应产生更大的分子，分裂出碎片，这些碎片反馈到反应中并使其继续进行。然而，一旦甲醛耗尽，反应就会停止，产物开始从复杂的糖分子降解为焦油。

福尔摩斯反应与制造核糖核苷酸的著名化学途径（称为 Powner-Sutherland 途径）共享一些共同成分。然而，直到现在，还没有人试图将两者联系起来——这是有充分理由的。

福尔摩斯反应因“无选择性”而臭名昭著。这意味着它会产生许多无用的分子以及您想要的实际产品。

核糖核苷酸通路中的自催化扭曲

在我们的研究中，我们尝试在甲塑反应中添加另一种称为氰胺的简单分子。这使得在反应过程中产生的一些分子有可能被“吸走”以产生核糖核苷酸。

该反应仍然不会产生大量的核糖核苷酸构建单元。然而，它产生的那些更稳定，更不容易降解。

我们研究的有趣之处在于甲塑反应和核糖核苷酸生产的整合。以前的研究已经单独研究了每种方法，这反映了化学家通常如何考虑制造分子。

一般来说，化学家倾向于避免复杂性，以最大限度地提高产品的数量和纯度。然而，这种还原论方法可能会阻止我们研究不同化学途径之间的动态相互作用。

这些相互作用在实验室外的现实世界中随处可见，可以说是化学和生物学之间的桥梁。

工业应用

自催化也有工业应用。当您将氰胺添加到甲醛反应中时，另一种产物是一种称为 2-氨基噁唑的化合物，用于化学研究和许多药物的生产。

传统的2-氨基噁唑生产通常使用氰胺和乙醇醛，后者价格昂贵。如果可以使用甲醛反应制造，则只需少量乙醇醛即可启动反应，从而降低成本。

我们的实验室目前正在优化这一过程，希望我们能够操纵自催化反应，使常见的化学反应更便宜、更高效，并且他们的医药产品更容易获得。也许它不会像生命本身的创造那么重要，但我们认为它仍然是值得的。

Quoc Phuong Tran（国芳陈酒店），益生元化学博士候选人，新南威尔士大学悉尼分校

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