解密“标准遗传密码”：为什么是这20种氨基酸构成生命？

[转载出处：www.11jj.com]

点击图片查看详情↑

[好文分享：www.11jj.com]

地球上的生命究竟是从哪来的？是通过外太空陨石产生的？还是地球自身通过化学演化而来？虽然目前有一些关于生命的化学起源研究，但这些化学物质是如何推动生命演化得更加复杂？

生命的化学演化是一个庞大的开放性问题。而其中的一个基础问题格外引人注目：为什么地球上的所有生命都基于特定的 20 种氨基酸？这 20 种氨基酸一直让科学家着迷。虽然理论上氨基酸可以有无限多种形式，但地球上整个生物界的蛋白都只由这 20 种氨基酸组成，这 20 种氨基酸还有更古怪的性质：它们都有相同的手性。而在实验室的合成化学反应中，难以合成两种手性分子中的特定一种对映体，而为了纯化出其中一种对映体，化学家们可谓是费尽心机。

那么，究竟为什么是这 20 种氨基酸构成了生命？为什么生命体中的氨基酸有 20 种，而不是 10 种或 30 种？为什么是目前的这 20 种而不是其他的 20 种氨基酸？在过去的几十年里，热心的化学家和生物学家已经开始将发现的证据拼合在一起。

非生命氨基酸与 RNA 世界

氨基酸是如何产生的？抛开外太空直接引入的部分，1952 年著名的米勒-尤里实验在探索无机物质生成氨基酸的路上迈出了第一步。

实验展示了在模拟闪电的电火花作用下，简单的物质如水、甲烷、氨气和氢气可以形成超过 20 种不同的氨基酸。这些氨基酸也出现在陨石中。1969 年在澳大利亚发现的默奇森陨石中发现了至少 86 种氨基酸，其中包括最多有 9 个碳原子的取代基和二羧基、二氨基等不同的官能团。

图 | 默奇森陨石（左）和陨石中发现的一些氨基酸（右）（来源：阿贡国家实验室/Scientific Reports）

在地球诞生的最初 10 亿年，其环境和面貌与现今有着巨大的差异。在当时的地球上，温度很高，活火山遍布地表，时常喷发出火山灰和岩浆，大气十分稀薄，氧气很少，整个地球暴露在强烈的紫外线中。那时的海洋，是不同物质相互影响、形成复杂混合物的温床，而在这里，RNA 在生命最初的进化中扮演重要角色。

RNA 世界理论认为，地球上最早期的生命分子以 RNA 最先出现，之后才有的蛋白和 DNA。而这些早期出现的 RNA 分子，既有如 DNA 的遗传信息存储功能，又有如蛋白质的催化生化反应功能。在 RNA 世界阶段，RNA 是支持早期生命的关键分子。

图 | 地球演化历史（来源：..）