地球生命如何起源仍然是一个深刻的、关乎存在的科学之谜。长期以来，人们一直认为我们星球上丰富的海洋可能藏着秘密的关键。普渡大学科学家的一项新研究可能会进一步推动这一想法。
该论文于 10 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上，研究了肽：氨基酸链，它们是蛋白质和生命本身重要的微小组成部分。作者发现，在水遇到大气时发生的快速反应中，氨基肽可以在水滴中自发生成，例如当瀑布冲到岩石上，水花溅起进入空气时。这可能是在大约四亿年前，当时地球是一个没有生命的、充满火山、水和熔岩的行星时发生的，生命才刚刚开始。
“这本质上是生命起源背后的化学反应，”该研究的作者之一、普渡大学分析化学教授格雷厄姆·库克斯在新闻稿中说。“这是首次证明原始分子，即简单的氨基酸，在纯净水滴中自发形成生命的基本组成部分——肽。这是一个戏剧性的发现。”
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在这项研究中，作者写道，这一发现为“第一个生物聚合物的形成提供了一条合理的途径”，生物聚合物是由生物体产生的复杂结构。几十年来，科学家们一直在努力理解这一点是如何实现的，因为解码生命在地球上出现的原因和方式，可以帮助科学家更好地在银河系内外寻找其他行星甚至卫星上的生命。
对这种基于水的化学的理解，又回到了创造地球生命本身的蛋白质。数十亿年前，构成生命的原始氨基酸被认为是由陨石带到地球上的。这些氨基酸发生反应并相互结合形成肽，肽是蛋白质以及最终生命本身的组成部分。然而，当氨基酸结合形成肽时，必须损失一个水分子。在一个大部分被水覆盖的星球上，这并不容易做到。基本上，生命要形成，它既需要水，又需要一些水的损失。
库克斯向VICE解释了这种“水悖论”。“水悖论是（i）大量证据表明导致生命的化学反应发生在早期海洋中，以及（ii）热力学限制这些（失水）反应在水中发生的矛盾。蛋白质是由氨基酸通过失水形成的”，而“失水在水中不会发生，因为该过程会被水逆转（热力学禁止）。”
这项新研究罕见地一窥了地球的早期，当时非生命化合物突然结合形成生命。这种非生命物质产生生命的过程称为化学起源说，其工作原理仍不完全清楚。由于肽构成了蛋白质（以及其他可以自我复制的生物分子）的基础，肽的产生是化学起源说的关键一步。
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库克斯和他的团队证明，肽可以在数十亿年前地球上存在的化学环境中轻松形成。然而，一个关键方面是空气中飞舞或沿着岩石滑落的小液滴的大小，它们与空气相互作用并形成快速的化学反应。“液滴中的反应速率比相同化学物质在本体溶液中的反应速率快一百到一百万倍，”库克斯说。
这种快速的化学反应不需要催化剂即可开始，这使得地球生命得以演化。该团队使用了“液滴融合”实验来重建肽的可能形成过程，模拟了水滴在空气中的碰撞方式。理解氨基酸自组装成蛋白质时的化学合成过程，可以帮助合成化学家加速创造新药物和疾病治疗方法的关键化学反应。
“如果你晚上走在学术校园里，灯火通明的建筑就是合成化学家工作的地方，”库克斯说。“他们的实验非常缓慢，需要进行数天或数周。这是不必要的，而且通过使用液滴化学，我们已经建立了一个在普渡大学现在使用的装置，用于加速新型化学品和潜在新药物的合成。”
