第一批糖从何而来

两位著名的生命起源化学家发表了一个新的假设，关于第一批糖——生命进化所必需的——是如何在早期地球上出现的。

在《化学》杂志上的一篇论文中，斯克里普斯研究和佐治亚理工学院的化学家提出，制造早期生命形式所需的关键糖可能来自涉及乙醛酸的反应(C2河3–)，一种相对简单的化学物质，在生命进化之前就存在于地球上。该研究的标题为“乙醛酸作为益生元来源分子和原代谢途径中反应物的潜力 - 乙醛糖反应”。

“我们表明，我们的新假设比更传统的观点具有关键优势，即早期糖是由化学甲醛产生的，”斯克里普斯研究化学系教授Ramanarayanan Krishnamurthy博士说。Krishnamurthy的合著者是佐治亚理工学院化学与生物化学学院的名誉教授Charles Liotta博士。

生命起源化学家试图解释生命所需的基本分子构建块和反应如何来自“益生元”地球上可能存在的简单化学物质。该领域的首要目标是回答我们生命星球如何形成的基本问题。但它的发现也可以为许多其他领域提供信息，并为许多其他领域提供信息，从大气科学和地质学到合成生物学以及在其他行星上寻找生命。

需要用生命起源化学来解释其可用性的三大类生物分子是：构成蛋白质的氨基酸，构成DNA和RNA“字母”的核碱基，以及在整个生物学中发现的糖(也称为碳水化合物)，包括在DNA和RNA的扭曲骨架结构中。根据流行的理论，氨基酸可能来自氨(NH3)，而核碱基则由氰化氢(HCN)产生。

糖的起源不太清楚。许多科学家认为，第一批糖来自涉及甲醛(CH2O)，但这个理论有一些缺点。

“这个理论提出的甲醛反应非常混乱 - 由于甲醛在设想的早期地球条件下的高反应性，它们具有不受控制的副反应和其他缺点，”Liotta说。

化学家提出的替代方案是“乙醛糖反应”情景，其中乙醛酸首先与自身反应，形成甲醛的近亲，称为乙醇醛。研究人员认为，乙醛酸，乙醇醛，它们的副产物和其他简单化合物可以继续相互反应，最终产生单糖和其他产物 - 没有甲醛反应的缺点。

乙醛酸已经在生命起源化学理论中发挥了重要作用。瑞士化学家阿尔伯特·埃申莫泽(Albert Eschenmoser)在2007年提出，它的一种形式可能是多种原始生物分子的来源。克里希那穆提和弗曼大学化学家格雷格·斯普林斯汀博士也在 2020 年《自然化学》论文中提出，乙醛酸可能有助于启动现代(三羧酸)TCA 循环的原始版本，这是地球上大多数生命形式中发现的基本代谢过程。

Krishnamurthy和他的团队目前正在实验室中证明乙醛糖反应场景确实可能产生第一批糖。

“这样的演示将扩大乙醛酸作为益生元化学中多功能分子的作用，并进一步刺激在益生元地球上寻找自己的起源，”Krishnamurthy说。

化学家们还在研究产生乙醛酸的反应的潜在商业应用，因为这些反应有效地消耗了一氧化碳。2因此可用于减少一氧化碳2水平，无论是在工业环境中还是在全球范围内，以应对全球变暖。