第一个生物分子是如何形成的？

当今生物分子的化学前体不仅可能在深海热液喷口中形成，而且可能在地球表面的分何温暖池塘中形成。由德国耶拿弗里德里希席勒大学的形成研究人员领导的一个国际团队现在已经在实验中重现了这种“原始汤”中可能发生的化学反应。他们甚至发现
，生物代表我们遗传物质密码的分何核碱基之一可能起源于我们星球的表面。

地球大约有 46 亿年的形成历史，并不总是生物适合生活的地方。在最初的分何一亿年里  ，我们星球的形成大气层主要由氮 、二氧化碳 、生物甲烷 、分何硫化氢和氰化氢（也称为氢氰酸）组成。形成不存在游离氧。生物在这些条件下，分何硫化铁在暴露于氧气时转化为氧化铁是形成稳定的
。然而 ，在硫化铁的表面
，可以发生重要的生物学反应，类似于某些铁和硫基酶中发生的反应，例如固氮酶和氢化酶。

一次偶然的发现使之成为可能

“我们问自己：当这种原始大气中的硫化铁与氢氰酸接触时会发生什么？” 耶拿大学无机与分析化学研究所的 Wolfgang Weigand 教授解释道 。

“在与我的同事 Christian Robl 教授的成功合作中 ，我们偶然发现了一种特别活泼的硫化铁，这对我们很有帮助
。这种形式在历史上已经被发现过两次 ，但每次都再次被遗忘
：一次在 1700 年和 1920 年代再次出现 。可以这么说，当时的两位博士生罗伯特·博尔尼和马里奥·格罗施第三次发现了它  ，”他补充道。

两位化学家在实验室中观察到 ，当铁粉与硫磺在水中搅拌并稍微加热时，经过一定时间后，硫化铁在爆炸反应中形成为麦基纳铁矿 。这种矿物质在“原始汤”实验中起到了催化剂的作用 。

遗传密码的一个字母可能是通过这种方式产生的

“我们在氮气气氛中将氰化钾、磷酸和水添加到硫化铁中 ，并将混合物加热到 80 摄氏度。磷酸将氰化钾转化为氢氰酸。然后我们从各个容器的大气中采集气体样本并对它们进行分析 ，”Weigand 解释道 。研究人员发现了可能作为当今生物分子化学前体的物质。

在《化学系统化学》杂志上 ，研究小组证实了硫醇的发现，硫醇以脂质形式出现在细胞膜中 
，以及乙醛
，乙醛是 DNA 构件（称为核苷）的前体
。“特别令人兴奋的是 ，在这些温和的条件下，我们甚至能够检测到腺嘌呤，这是一种核碱基，是遗传密码的五个字母之一，”Weigand 说 。

通过同位素标记  ，该团队能够证明氰化物确实为他们发现的分子提供了碳。Weigand 解释说 ：“在这个实验中，氰化钾不含同位素碳 12，碳 12 是占环境中天然碳的 98.9% 的同位素 。相反，它是更重且稳定的同位素碳-13. 我们在反应产物中发现的正是这种同位素。通过这种方式，我们能够明确地证明 ，我们发现的分子中的碳原子确实来自同位素标记的氰化钾 。”

数十年的想象力和耐心

Weigand 尤其感谢整个国际团队的合作：“你真的需要想象力和耐心才能完成这样的工作，”他说。“罗伯特·博尔尼和马里奥·格罗施已经证明了这一点。与我们在加州大学欧文分校和慕尼黑大学的同事的合作也堪称典范 。”

Wolfgang Weigand 本人证明了想象力，尤其是耐心在科学中的重要性 。因为在 2003 年，他与耶拿大学的 Günter Kreisel 教授和耶拿马克斯普朗克生物地球化学研究所的 Willi Brand 博士一起获得了图林根研究奖 ，因为他的论文“A possible prebiotic formation of am from molecularnitrogen on 硫化铁表面。”

现在——大约 20 年后——韦根还能够证明
，在这些条件下
，地球表面的氰化物可能会形成第一批碳化合物
 ，后来生命就是从这些碳化合物中形成的。