美国国家航空航天局：生命之手的奥秘加深 _美国

据美国国家航空航天局（William Steigerwald）：美国国家航空航天局资助的一项发现加深了生命为什么使用具有特定方向的分子的谜团，即RNA——一种被认为在DNA出现之前可能携带生命指令的关键分子——可以有利于使蛋白质的构建块处于左向或右向。解开这个谜团可以为生命的起源提供线索。这些发现发表在最近发表在《自然通讯》上的研究中。
蛋白质是生命的主力分子，用于从头发等结构到酶（加速或调节化学反应的催化剂）的所有领域。正如字母表中的26个字母以无限的组合排列成单词一样，生命也使用20种不同的氨基酸构建块以各种各样的排列方式制造数百万种不同的蛋白质。一些氨基酸分子可以通过两种方式构建，因此存在镜像版本，就像你的手一样，生命使用这些氨基酸的左旋变体。尽管基于右旋氨基酸的生命可能运作良好，但这两种镜像在生物学中很少混合，这是生命的一个特征，称为同手性。对于科学家来说，为什么生命选择左撇子而不是右撇子是个谜。

在默奇森陨石中发现的氨基酸异缬氨酸的左手和右手版本的图表。图片：美国国家航空航天局
DNA（脱氧核糖核酸）是一种分子，它包含构建和运行生物体的指令。然而，DNA是复杂和专门的；它将读取指令的工作“分包”给RNA（核糖核酸）分子，将构建蛋白质的工作“外包”给核糖体分子。DNA的专业化和复杂性使科学家们认为，在数十亿年前生命的早期进化过程中，应该有更简单的东西出现。一个主要的候选者是RNA，它既可以存储遗传信息，也可以构建蛋白质。RNA可能先于DNA的假说被称为“RNA世界”假说。
如果RNA世界命题是正确的，那么也许RNA的某些特性使其更倾向于构建左旋蛋白质而不是右旋蛋白质。然而，这项新工作并不支持这一观点，加深了为什么生命与左旋蛋白质共存的谜团。
该实验测试了像酶一样构建蛋白质的RNA分子，称为核酶。《自然通讯》论文的通讯作者、加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的Irene Chen说：“实验表明，核酶可以偏爱左旋或右旋氨基酸，这表明RNA世界一般不一定对我们现在在生物学中观察到的氨基酸形式有强烈的偏见。” 。
在实验中，研究人员模拟了RNA世界的早期地球条件。他们孵育了一种含有核酶和氨基酸前体的溶液，以观察它有助于产生的右旋和左旋氨基酸苯丙氨酸的相对百分比。他们测试了15种不同的核酶组合，发现核酶可以偏爱左旋或右旋氨基酸。这表明RNA最初对一种形式的氨基酸没有易感的化学偏见。这种偏好的缺乏挑战了早期生命倾向于选择左手氨基酸的观念，左手氨基酸在现代蛋白质中占主导地位。
“研究结果表明，生命最终的同手性可能不是化学决定论的结果，而是可能通过后来的进化压力出现的，”合著者、加州大学洛杉矶分校博士后学者、陈研究小组成员Alberto Vázquez-Salazar说。
地球的益生元历史超出了化石记录中最古老的部分，这些部分已被板块构造（地壳的缓慢搅动）抹去。在此期间，这颗行星可能受到小行星的轰击，小行星可能提供了一些生命的构建块，如氨基酸。与化学实验并行，其他生命起源研究人员一直在研究陨石和小行星的分子证据。
“了解生命的化学性质有助于我们知道在整个太阳系寻找生命时要寻找什么，”合著者Jason Dworkin说，他是马里兰州格林贝尔特美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的天体生物学高级科学家，也是戈达德天体生物学分析实验室的主任。
Dworkin是美国国家航空航天局OSIRIS-REx任务的项目科学家，该任务从小行星Bennu中提取样本，并于去年将其运送到地球进行进一步研究。
Dworkin说：“我们正在分析OSIRIS-REx样本中单个氨基酸的手性，未来，来自火星的样本也将在实验室中进行测试，以寻找包括核酶和蛋白质在内的生命证据。” 。
这项研究得到了美国国家航空航天局、西蒙斯基金会生命起源合作组织和国家科学基金会的资助。巴斯克斯-萨拉扎感谢美国国家航空航天局博士后项目的支持，该项目由橡树岭联合大学根据与美国国家航空宇航局的合同管理。