生命化学的可能关键在50年的实验中揭示

经过50多年的重新发现的一项古老的实验，可以证明火山 - 以及可能远离原始地球的化学反应 - 如何在创造第一批氨基酸 - 生命的基石 - 中发挥作用。

1953年，化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)和斯坦利·米勒(Stanley Miller)进行了一项具有里程碑意义的实验，旨在模仿产生第一种氨基酸的原始条件，将混合气体暴露在闪电般的放电状态。五年后，在1958年，米勒对这个实验进行了另一种变化。这一次，他将硫化氢(一种由火山喷出的气体)添加到混合物中。[ 科学家寻找地球上最早的生命迹象 ]

但由于某种原因，米勒从未分析过硫化氢反应的产物。大约半个世纪之后，米勒的前学生杰弗里巴达，加利福尼亚斯克里普斯海洋学研究所的海洋化学家，在米勒实验室的一个尘土飞扬的纸板箱里发现了旧样本，这是Bada继承的。(米勒于2007年去世。)

使用现代分析技术，Bada和他的团队，其中包括Eric Parker，然后在Scripps，分析了反应的产物，这些产品装在小瓶中。他们发现了大量有前途的分子：23 种氨基酸和4种胺，是另一种有机分子。硫化氢的加入也导致了含硫氨基酸的产生，这对于生命的化学是重要的。(其中一种，蛋氨酸，启动蛋白质的合成。)

实验结果 - 将火山气体混合物(包括硫化氢，甲烷，氨气和二氧化碳气体)暴露在放电中 - 告诉我们火山爆发与闪电同时发生可能在合成大量和多种物种中发挥了作用帕克(现为佐治亚理工学院的研究生)告诉LiveScience，原始地球上生物学上至关重要的分子。

“米勒在这个实验中使用的气体混合物可能在全球范围内的早期地球大气层中无处不在，但在火山活动较重的地方可能很常见，”帕克说。

与Urey-Miller实验平行

相比之下，1953年着名的Urey-Miller实验将氢气，蒸汽，甲烷和氨暴露在放电状态。最初的结果包括更少的有机分子 - 只有五个氨基酸。然而，Bada和他的团队重新分析了这些旧样本以及以前未发表的现代技术结果，揭示了更多种类的生物重要产品。

然而，根据Bada的说法，1958年实验的结果表明，在反应中加入硫化氢可以富集产生的有机分子混合物。

帕克说，1958年的反应 - 也包含了二氧化碳，一种未包含在早期实验中的气体 - 产生的混合更像是地球科学家现在认为构成了原始地球大气层的混合物。

来自外太空?

氨基酸结合形成蛋白质，而蛋白质反过来形成细胞结构并控制生物体中的反应，并不是地球独有的。根据加利福尼亚州美国宇航局艾姆斯研究中心的研究科学家斯科特桑德福德的说法，他们在陨石上被发现，主要是从小行星和一颗彗星中获得的样本。

Bada的团队将1958年实验产生的氨基酸与一种富含碳的陨石(称为碳质陨石)中所含的氨基酸进行了比较。据Bada在电子邮件中告诉LiveScience，这些陨石被认为可以提供早期太阳系中发生的有机反应类型的快照。

研究人员将硫化氢实验产生的氨基酸与几种含碳的chrondite所含的氨基酸进行了比较。Bada写道，有些匹配良好，而有些则没有，这表明硫化氢在早期太阳系内某些环境中的氨基酸合成中发挥作用，但在其他环境中却没有。他说，虽然陨石全部来自我们的太阳系，但在宇宙其他地方的其他太阳系中也可以得到相同的结果。

桑德福德告诉LiveScience，有一种理论认为，当有机分子从太空到达地球时，地球上的生命从有机分子开始。毫无疑问，空间为陆地生命提供了许多分子构建块，但问题是分子在开始生命方面的作用，他补充道。

“最后，如果生命试图开始，我的猜测是这个过程对分子的来源不是很挑剔，”桑德福德说。“[早期生活]并不关心氨基酸是在太空中形成还是在地球大气层中形成雷击还是从热液喷口出来 ......所以最终，生命从一个广阔的地方获得积木可能已经开始了各种来源。“

桑德福德的工作涉及模拟在太空中的许​​多环境中发现的冰 - 包括彗星 - 其中含有与Urey-Miller实验中使用的分子类似的分子，并用电离辐射轰击它们。就像据信发生在原始地球上的反应一样，这些模拟的宇宙冰反应合成了氨基酸。

“在某种程度上，如果你拥有正确的元素和能量，宇宙似乎很难创造出氨基酸，”他说。

一段有趣的科学历史

目前尚不清楚为什么米勒从未分析他用氢硫化物实验生产的样品，但帕克推测它可能与硫化氢的臭鸡蛋气味有关。

“当我用手工作时，我可以自己闻到它们，”帕克说。“它不是那么强大以至于压倒性的，但它足以说服我不要再把鼻子贴在它面前。”

但是，除了令人不快的气味，这种体验是令人难忘的。

帕克说：“将样品瓶放在手中，看看斯坦利米勒在标签上的字迹是多么的超现实。” “这是一个非常独特的机会，可以追溯到他所做的事情，并能够使用现代分析技术分析50年来生产的样品，看看它们今天仍然含有什么。