生命起源之謎的一塊關鍵拼圖

生命究竟是如何起源的？這是科學界最大的謎團之一。

事實上，在前生命化學領域，科學家已經對古老地球上的簡單化合物是如何孕育出生命的分子基石，有了更多了解。但目前，一些科學家想要知道，在沒有生物系統的情況下，這些分子基石是如何進一步組裝成如肽和核酸等功能性聚合物的。

在前生命時代，肽究竟是如何由氨基酸組裝而成的？這個問題尤為難以厘清。這是因為如今的肽合成依賴于極其復雜的生物機器，使得其起源過程更加撲朔迷離。

近日，一項新發表于《自然》雜志的研究表明，在沒有酶和復雜生物體系的遠古地球上，一些含硫分子的反應可能在肽的合成中發揮了關鍵作用。

撲朔迷離的肽的起源

氨基酸是組成生命分子的基本單位，當兩個或多個氨基酸通過肽鍵連接時，就形成了肽，短的稱為二肽、三肽或寡肽，較長的則稱為多肽。隨著鏈條不斷延長并折疊成復雜的三維結構，多肽便成為具有特定功能的蛋白質。

在現存的生物體系中，肽合成的第一步是氨基酰化——氨基酸被連接到轉運RNA（tRNA）上。促進這一反應所需的能量是由酶提供的，酶通過將氨基酸轉化為一種更活潑的分子來完成化學激活。然而，在前生命世界中，并不存在酶這種分子機器。因此，科學家們推測，這種反應很可能是通過一種非酶促的化學機制實現的。

在過去的研究中，科學家曾提出過一些可能在早期地球上充當“活化氨基酸”的分子，這些分子能使氨基酸變得活躍，進而可以連接到RNA上。但問題是，這些分子往往會使氨基酸過于活躍，導致它們“自顧自”地彼此反應，而不是與RNA結合。

硫代酸酯假說

在新的研究中，研究人員認為，要實現氨基酸與RNA的結合，即RNA氨基酰化，就必須采用一種更溫和的活化策略。基于這一思路，他們進一步推斷，生物體系中的硫代酸酯，可能是在水環境下實現RNA氨基酰化的理想活化方式。

硫代酸酯是一種在生命眾多生化過程中都發揮關鍵作用的高能化合物。與RNA的氨基酰化類似，硫代酸酯在生物化學中同樣擁有非常古老的淵源，它們都早于地球上所有生命的最后共同祖先的出現。因此，科學界早就提出，硫代酸酯可能在生命起源中扮演過重要角色。

事實上，在生命起源領域有一個假說，叫 “硫代酸酯世界”，認為硫代酸酯為最早的生命形式提供了能量。值得一提的是，另一種重要的生命起源假說是“RNA世界”，認為能自我復制的RNA是生命的基石。

恰到好處的活化方式

在實驗中，研究人員選擇了一類特殊的硫代酸酯——氨基酰-硫醇。他們成功展示了氨基酰-硫醇能在水中選擇性地將氨基酸連接到RNA上。此外，他們還測試了14種常見氨基酸，并觀察到它們均表現出良好的適用性。

研究人員發現，這種含硫分子的活化程度不像過去研究所提出的那些過度活化的分子那樣極端：它們既有足夠的反應性來促進氨基酸與RNA結合，又不會發生自發反應而生成肽鏈。

這種“恰到好處”的化學行為背后的機制尚未完全明了，但可能與電子效應以及反應物的空間構象有關。對此，研究人員表示還需要進一步研究來揭示其原因。

邁出關鍵的一步

要完全揭開生命起源的謎團，還有許多難題需要解決。而這項研究已經完成了這個復雜過程的第一步：在中性水溶液中，研究人員利用一類關鍵分子——氨基酰-硫醇，通過非常簡單的化學反應把氨基酸與RNA連接起來。這種反應是自發的、有選擇性的，并且完全有可能發生在地球早期。

研究人員稱，下一步他們將探索RNA序列如何能夠優先結合特定氨基酸，進而幫助解釋RNA是如何可能在最初控制蛋白質合成的。

#參考來源：

https://www.ucl.ac.uk/news/2025/aug/new-step-towards-solving-how-proteins-formed-lifes-origin

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02518-6

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09388-y

#圖片來源：

封面圖&首圖：Pixbay