地球上的糖是怎么来的？一个新的观点出现了

原创 学术经纬 学术经纬 2023-04-15 08:02 发表于上海

在生命起源化学中，有3个堪称“圣杯”的关键问题：作为生命的基本分子，氨基酸、核苷碱基、糖（或者说碳水化合物）分别是如何形成的？对于前两种分子，目前的主流理论分别是：α-氨基酸由Strecker反应形成；而核苷碱基的形成需要氰化氢的寡聚化。相比之下，糖的前生命化学过程更加扑朔迷离。

目前的主流理论是，甲醛通过聚糖反应形成了最早的糖。不过这个理论也存在明显的缺陷：由于甲醛在当时地球环境中高度活跃，反应过程中会出现不受控的副反应，导致整个过程杂乱无章。

现在，一项发表于Chem的研究提出了全新的理论：糖的真正起点不是甲醛，而是乙醛酸（glyoxylate）。作者认为，这个基于乙醛酸的系列反应可以产生单糖以及相应的酸，并且具有自催化途径的潜力，相比于目前的理论也更具优势。

基于最新研究的糖合成过程（图片来源：参考资料[1]）

上方这张图表，就是根据最新理论绘制的糖合成流程图。在这个复杂的过程中，最初的反应物只有一种，那就是乙醛酸。乙醛酸通过自身反应形成乙醇醛（glycolaldehyde），接下来，在乙醛酸和其他副产物的参与下，乙醇醛重复3个反应过程，分别是羟醛缩合、羰基迁移和脱羧反应，最终产生单糖与其他产物。尤其重要的是，这个过程是高度可控的，因此可以规避甲醛假说的缺点。

最新研究认为，乙醛酸是地球上糖出现的起点（图片来源：Scripps Research and Unsplash；参考资料[2]）

在以往的研究中，乙醛酸已经在生命起源化学理论中发挥重要作用，例如有助于开启三羧酸循环的原始版本，从而为大多数生命的基本代谢过程奠定基础。现在，最新研究进一步提出，乙醛酸可能扮演了更关键的角色。

研究团队表示，接下来他们将尝试在实验室中证实该假说。如果最终得到证实，在探索前生命地球时，乙醛酸自身的起源也将成为全新的热点问题。

参考资料：

[1] R. Krishnamurthy and C.L. Liotta, The potential of glyoxylate as a prebiotic source molecule and a reactant in protometabolic pathways—The glyoxylose reaction. Chem (2023). https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.03.007

[2] Where did the first sugars come from?. Retrieved April 13th, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/985875