生命究竟是如何起源的？這是科學(xué)界最大的謎團(tuán)之一。

事實(shí)上，在前生命化學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家已經(jīng)對(duì)古老地球上的簡(jiǎn)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(xué)家想要知道，在沒有生物系統(tǒng)的情況下，這些分子基石是如何進(jìn)一步組裝成如肽和核酸等功能性聚合物的。

在前生命時(shí)代，肽究竟是如何由氨基酸組裝而成的？這個(gè)問題尤為難以厘清。這是因?yàn)?strong>如今的肽合成依賴于極其復(fù)雜的生物機(jī)器，使得其起源過程更加撲朔迷離。

近日，一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究表明，在沒有酶和復(fù)雜生物體系的遠(yuǎn)古地球上，一些含硫分子的反應(yīng)可能在肽的合成中發(fā)揮了關(guān)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(dāng)兩個(gè)或多個(gè)氨基酸通過肽鍵連接時(shí)，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(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，多肽便成為具有特定功能的蛋白質(zhì)。

在現(xiàn)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(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）上。促進(jìn)這一反應(yīng)所需的能量是由酶提供的，酶通過將氨基酸轉(zhuǎn)化為一種更活潑的分子來完成化學(xué)激活。然而，在前生命世界中，并不存在酶這種分子機(jī)器。因此，科學(xué)家們推測(cè)，這種反應(yīng)很可能是通過一種非酶促的化學(xué)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。

在過去的研究中，科學(xué)家曾提出過一些可能在早期地球上充當(dāng)“活化氨基酸”的分子，這些分子能使氨基酸變得活躍，進(jìn)而可以連接到RNA上。但問題是，這些分子往往會(huì)使氨基酸過于活躍，導(dǎo)致它們“自顧自”地彼此反應(yīng)，而不是與RNA結(jié)合。

硫代酸酯假說

在新的研究中，研究人員認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)氨基酸與RNA的結(jié)合，即RNA氨基?；?，就必須采用一種更溫和的活化策略?；谶@一思路，他們進(jìn)一步推斷，生物體系中的硫代酸酯，可能是在水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)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(fā)揮關(guān)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(xué)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(xiàn)。因此，科學(xué)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(shí)上，在生命起源領(lǐng)域有一個(gè)假說，叫 “硫代酸酯世界”，認(rèn)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(rèn)為能自我復(fù)制的RNA是生命的基石。

恰到好處的活化方式

在實(shí)驗(yàn)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(cè)試了14種常見氨基酸，并觀察到它們均表現(xiàn)出良好的適用性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，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(yīng)性來促進(jìn)氨基酸與RNA結(jié)合，又不會(huì)發(fā)生自發(fā)反應(yīng)而生成肽鏈。

這種“恰到好處”的化學(xué)行為背后的機(jī)制尚未完全明了，但可能與電子效應(yīng)以及反應(yīng)物的空間構(gòu)象有關(guān)。對(duì)此，研究人員表示還需要進(jìn)一步研究來揭示其原因。

邁出關(guān)鍵的一步

要完全揭開生命起源的謎團(tuán)，還有許多難題需要解決。而這項(xiàng)研究已經(jīng)完成了這個(gè)復(fù)雜過程的第一步：在中性水溶液中，研究人員利用一類關(guān)鍵分子——氨基酰-硫醇，通過非常簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)把氨基酸與RNA連接起來。這種反應(yīng)是自發(fā)的、有選擇性的，并且完全有可能發(fā)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(yōu)先結(jié)合特定氨基酸，進(jìn)而幫助解釋RNA是如何可能在最初控制蛋白質(zhì)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