Chemistry Labs

新興の学際分野

前生物化学

地球化学的なエネルギーと原料から、生命起源に関わる分子構成要素がどのように生成・組織化し得るかを、単一の確立した経路を仮定せずに考える。

直観単純な原料から化学的可能性へ

前生物化学は、生物誕生以前にどの分子や反応系列がどの環境で生じ得たかを問います。可能な化学を調べる分野であり、最初の生命を実証済みの形で再現するものではありません。

水、鉱物、紫外線、熱、酸化還元勾配、乾湿サイクルはいずれも反応経路を変え得ます。有用な仮説は原料、エネルギー源、環境、測定可能な生成物を明示します。

候補原料と環境エネルギー源を比較します。模擬経路は仮説の例示であり、歴史的証明ではありません。

学校構成分子と反応条件

定義: 前生物的構成分子

アミノ酸、ヌクレオチド前駆体、糖、脂質様化合物など、初期生命に関わる化学経路に参加し得る小分子です。反応混合物中で見つかっても、生物学的役割や古代の存在量が証明されたことにはなりません。

ミラー=ユーリー実験は、特定条件でエネルギーを与えた単純な気体混合物からアミノ酸が生成し得ることを示しました。初期大気がまさにその組成だったことや、生命がその経路で生じたことを示したわけではありません。

大学反応ネットワーク、選択、環境サイクル

A+B→energy,catalystPΔG=ΔH−TΔS\ce{A + B ->[energy, catalyst] P}\\\Delta G = \Delta H - T\Delta S

自由エネルギー変化が有利でも反応が速いとは限りません。活性化障壁と競合経路が重要です。鉱物表面や乾湿サイクルは反応物を濃縮し局所条件を変えて特定生成物を有利にし得ますが、機構は実験的制約で検証する必要があります。

例: 生成物の解釈

模擬氷を照射した後、研究室で核酸塩基が検出されました。この結果はその実験手順で生成したことを支持します。初期地球への寄与を論じるには、前駆体の供給、照射量、収率、安定性、競合する消費過程も評価しなければなりません。

上級競合する生命起源シナリオ

環境考えられる役割主な制約
熱水系酸化還元エネルギーと鉱物触媒希釈と不確かな反応経路
地表の浅い池蒸発・周期による濃縮乾燥と原料供給
氷環境放射線化学と保護された貯蔵域輸送とその後の供給

代謝先行、RNAワールド、表面媒介、区画先行の考え方は問題の異なる側面を重視します。必ずしも相互排他的ではなく、化学進化は変動する環境で連動した過程を含んだ可能性があります。未解決なのは、可能な段階を持続し選択可能な系へ結びつける方法です。

研究研究の最前線

解釈では三つの主張を区別します。実験で分子が生成すること、必要な化学が妥当な自然環境で起こり得ること、その化学が生命誕生に寄与したことです。一つの証拠が次の主張を自動的に証明するわけではありません。

参考文献

  • A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions · S. L. Miller, 1953
  • Prebiotic Systems Chemistry: New Perspectives for the Origins of Life · L. E. Orgel, 2000
  • The Chemistry of the Origin of Life · J. D. Sutherland, 2016