北京
在生命的核心，存在着一种难以解释的“偏见”。就像我们人类中的大多数人是右撇子一样，构成生命基础的蛋白质氨基酸似乎也有着自己的偏好。它们几乎都以“左手性”的形式存在，尽管在实验室条件下，它们的“右手性”对应物也能轻松连接。那么，是什么在生命起源的原始汤中打破了这种平衡，使得“左手性”氨基酸成为了主导呢？
近日，三位美国研究人员的最新研究为我们揭示了这一谜团。他们在《自然》杂志上报告说，通过监测氨基酸对（也就是二肽）的形成速率，他们发现了多种机制，这些机制最终促进了两个成员具有相同手性的二肽的形成。这一发现被生命起源领域的先驱索尔克生物研究所所长杰拉尔德·乔伊斯称为“相当有说服力”。
生命起源的偏见：为何氨基酸偏爱左手性？
生命起源的偏见，即对特定手性的偏好，一直是科学家们关注的焦点。近几十年来，人们提出了多种解释。例如，有研究表明，可能曾经为早期地球播种的陨石中富含左手性氨基酸，这可能是因为它们的内容物暴露在了偏振光下。另外，早期地球上的磁场也可能对早期生物分子产生了扭曲。但是，即使某种外部力量赋予了初始的偏见，又是什么将其传播开来的呢？
伦敦大学学院的起源生命化学家马修·鲍纳和他的同事为我们提供了线索。在过去的5年里，鲍纳的研究小组发现了一组可能存在于早期地球上的硫基分子，并展示了它们如何轻松地将单个氨基酸与氨基酸前体——氨基腈连接起来，形成二肽。由于这些反应在水中进行，并且适用于所有生活在生物体中的氨基酸，因此它们为第一批蛋白质可能如何形成提供了合理的途径。
从硫基催化剂到生命的手性选择
然而，鲍纳的团队并没有检查他们的硫基催化剂是否具有手性偏见。之后，斯克里普斯研究的生命起源化学家唐娜·布莱克蒙德和她的同事闵登和金翰宇测试了鲍纳的两种硫化合物，以观察在形成二肽时催化剂是否对手性敏感。结果表明，催化剂确实产生了手性敏感性。催化剂产生的异手性二肽（即左手性氨基酸（L）与右手性氨基酸（D）配对）是完全手性产物的四倍。
在一系列实验中，斯克里普斯的研究人员从偏斜比例的L和D氨基酸开始——例如，60%的Ls和40%的Ds。L,D和D,L异手性二肽形成得最快，同时它们从混合物中拉出了相等数量的L和D氨基酸。由于基线偏见，最终在未反应的氨基酸池中剩余的主要是Ls，从而增加了形成完全左手性二肽的可能性。
“这就像多米诺骨牌效应，”鲍纳说。第一个异手性反应最终会鼓励更多的同手性形成。“这是一个适用于所有氨基酸的通用过程，”鲍纳补充道。
后续实验揭示了放大这一效应的第二种偏见。研究小组发现，与同手性二肽相比，异手性二肽更快地从溶液中沉淀出来，这加速了相对丰度的产生，无论是同手性的L,L对还是D,D对，都取决于起始混合物。布莱克蒙德表示，目前尚不清楚为什么会出现这种沉淀偏见。
目前，这种对手性的推动仅在二肽中得到了证实。但布莱克蒙德表示，初步工作表明，当硫催化剂将短肽连接成更长的肽链时，也会出现相同的偏置过程。这一发现不仅为我们理解生命的起源提供了新的视角，也为探索其他星球上可能存在的生命形式提供了新的思路。
参考资料：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07059-y
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