許多化學家投入畢生精力, 試圖弄清生命起源時的化學與環境條件. 但地質記錄提供的線索寥寥, 他們便親自合成幾十億年前也許存在的簡單分子, 測試這些遠古時期的 '酶' 能否將史前原材料轉化為生命必備要素.
斯克利普斯研究所的一群化學家近期發表報告稱, 他們找到了一種簡單, 原始的酶, 可以與早期催化劑反應, 形成部分生命關鍵要素, 如為細胞提供能量的短鏈氨基酸, 構成細胞壁的脂質, 以及儲存遺傳資訊的核苷酸等.
拉曼納拉亞南·克利什納莫迪 (Ramanarayanan Krishnamurthy) 是斯克利普斯研究所的一名化學副教授, 以及此次論文的主要作者. 多年來, 他的實驗室一直在對一種名叫DAP的合成酶進行實驗, 該物質可推動磷酸化. 磷酸化指在某分子上添加一個磷酸基團, 是一項至關重要的化學反應過程. 沒有磷酸化, 也就沒有了生命.
'無論是現代生命還是30億年前的生命, 都以大量磷酸化反應為基礎. ' 克利什納莫迪指出, '你體內的RNA, DNA, 以及眾多生物分子都是磷酸化的產物. 糖類, 氨基酸和蛋白質也不例外. '
促發磷酸化反應的酶名為蛋白激酶. 它們利用磷酸化反應, 向細胞發出分裂指令, 並增加某種蛋白質的合成, 從而啟動DNA鏈解旋或RNA形成. 克利什納莫迪相信, DAP也許就是首批開啟磷酸化反應的原始蛋白激酶之一.
要想驗證DAP的效果, 它必須能成功激發磷酸化反應, 在相似條件下形成簡單的核苷酸, 肽, 以及細胞壁. 此前被認為可能與生命起源有關的酶只有在差別巨大的化學與環境條件下才能催生特定結構的磷酸化反應. 而克利什納莫迪發現, DAP能夠勝任全部任務, 先是完成了四種RNA核苷酸的磷酸化, 接著是類似RNA的短鏈, 再然後則是脂肪酸, 脂類和肽鏈.
這是否意味著DAP便是將隨手拈來的物質轉化成生命的 '神來之筆' 呢? 克利什納莫迪稱並不盡然.
'我們最多隻能證明, 簡單化學物質在合適的條件下可以促發進一步化學反應, 這也許會產生類似生物的物質. 但我們不能斷言這就是早期地球生命的起源方式. '
首先, 克利什納莫迪根本無法證明40億年前的地球上存在DAP. 他在實驗室中合成這種分子, 只是為了解決在潮濕的早期地球環境中產生硫酸化反應的基本難點之一. 想要更多硫酸化反應, 就必須在該過程中去除水分子.
'在四周都是水的情況下, 你要怎麼使某個分子脫水呢? ' 克利什納莫迪反問道, '從熱力學角度來看, 這是一件極難實現的任務. '
而DAP設法繞過了這個問題, 因為它從分子中去除的是氨, 而不是水.
克利什納莫迪正與地質化學家合作, 尋找DAP在遠古時期的起源. 如富含磷酸鹽的岩漿流與空氣中的氨氣反應, 或許能產生DAP. 此外, DAP也可能來自含有磷酸鹽的礦物質. 它還可能起源於某顆遙遠的恒星, 由隕石帶到了地球上.
但有一點很清楚: 若沒有DAP或某種類似物質的功勞, 地球也許至今仍是一片毫無生機的沼澤地.