生命的核心存在一种偏向，它的起源一直是个谜。今天几乎所有构成蛋白质的氨基酸都以镜像形式存在，就像左手手套和右手手套一样。尽管这两种形式在地球早期应该同样丰富，并且可以很容易在实验室联系起来，但是生命只选择使用左旋。在孕育生命的原始汤假说里，一定有什么打破了平衡，使天平向左旋倾斜，并从那时起保持了这种形式。

　　现在，3位美国研究人员提出了一种新的解释。2月29日，他们在《自然》报告说，通过监测被称为二肽的氨基酸对的形成速率，他们发现了多种机制，最终促进具有相同手性的二肽的形成。

　　“这很有说服力。”未参与这项工作的生命起源研究先驱、美国索尔克生物研究所所长Gerald Joyce说。

　　研究人员接下来希望了解同样的机制是否会使较大的肽和蛋白质倾向于左旋，以及是否可以解释RNA和DNA中的相反倾向——其碱基中含有的糖是右旋的。如果是这样，新机制可以解释生命本身是如何呈现一种镜像形式而不是另一种镜像形式的。

　　近几十年来，科学家对生命手性提出了几种解释，因为人们知道生命倾向于某种特定的手性。例如，陨石被认为可能是早期地球生命的种子，而它被证明含有丰富的左旋手性氨基酸，这可能是因为它的内容物暴露在偏振光下所致，或者早期地球磁场对早期生物分子产生了影响。但是，即使某种外力赋予了它最初的倾向，那又是什么传播了它？

　　一条线索来自英国伦敦大学学院生命起源化学家Matthew Powner及同事最近的研究。在过去5年里，Powner团队发现了一组可能存在于早期地球的硫基分子，并展示了它们如何轻易地将单个氨基酸与名为氨基腈的氨基酸前体连接起来，形成二肽。由于这些反应在水中发生，并与生物体中发现的所有氨基酸协同作用，因此为揭示第一批蛋白质是如何形成的提供了一条合理途径。

　　然而Powner团队没有检查其硫基催化剂是否具有手性偏向。于是美国斯克利普斯研究所化学家Donna Blackmond及同事便进行了后续研究。他们测试了Powner研究中的两种含硫化合物，以观察催化剂在形成二肽时是否对手性敏感。

　　但结果并非如Blackmond期望的那样。这些催化剂产生的“异手性”二肽——将左旋（L）氨基酸与右旋（D）氨基酸配对的二肽，大约是完全手性产物的4倍。“我们认为这是个坏消息。”Blackmond说，因为它表明，即使早期地球上的氨基酸一开始有倾向，也会在蛋白质形成时被打乱。

　　但随着研究的深入，坏消息变成了好消息。在一系列实验中，研究人员从不同比例的L和D氨基酸开始，例如，60%的L氨基酸和40%的D氨基酸。结果显示，D,L和L,D异手性二肽形成得最快，并且在这种情况下，研究人员从混合物中提取了等量的L和D氨基酸。由于基线偏差，最终在未反应的氨基酸库中保留了占优势的L氨基酸，从而增加了形成完全左旋二肽的可能性。

　　“这就像多米诺骨牌效应。”Powner说，第一个异手性反应最终促使更多同手性反应的形成，“这是一个适用于所有氨基酸的普遍过程”。

　　研究人员发现，异手性二肽能够比同手性二肽更快地从溶液中沉淀出来，并根据起始混合物的不同，加速了同手性L,L对或D,D对的相对丰度。Blackmond说，这种沉淀偏差发生的原因尚不清楚。然而，Joyce说，连同其他效应，“它完美地符合实验数据”。Blackmond补充道：“错误的答案变成了正确的答案，让我们得到了同手性。”

　　目前，这种对特定手性的推动只在二肽中表现出来。但Blackmond表示，初步工作表明，当硫基催化剂将短肽拼接成更长的肽链时，同样的偏向过程也会发生。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07059-y