宇宙里的分子：从氦合氢离子到氨基酸

真实依据

• 氦合氢离子（HeH⁺）：宇宙中形成的第一种分子。2019 年才在一个行星状星云里被首次探测到。

• 氢分子（H₂）：宇宙中最多的分子。第一代恒星诞生前，气体要靠它辐射冷却才能坍缩。

• 羟基（OH）：1963 年第一种在星际空间被射电望远镜探测到的分子。

• 一氧化碳（CO）：分子云里第二多的分子，射电天文学家用它来描绘看不见的氢分子云。

• 水（H₂O）：在星际冰粒、彗星和行星盘里大量存在。地球的水可能部分来自小行星。

• 氨（NH₃）：1968 年被探测到，是第一种在星际空间发现的多原子分子。

• 甲烷（CH₄）：土卫六上有甲烷构成的湖泊和雨。

• 硅酸盐尘埃（SiO₄）：星际尘埃的主要成分，后来聚集成岩石行星。

• 氰化氢（HCN）：剧毒，却可能是生命起源时合成碱基和氨基酸的重要原料。

• 甲醛（H₂CO）：1969 年被探测到的第一种星际有机多原子分子。

• 多环芳烃（PAH）：星际空间最常见的大分子之一，被认为锁住了宇宙中相当一部分的碳。

• 富勒烯（C₆₀）：2010 年在行星状星云里被发现，是已知最大的星际分子之一。

• 乙醇醛（C₂H₄O₂）：最简单的糖类分子之一，在银河系中心附近的气体云里被发现。

• 橄榄石（(Mg,Fe)₂SiO₄）：上地幔的主要矿物，彗星尘埃里也有它的晶体。

• 辉石（(Mg,Ca)SiO₃）：玄武岩和月岩里的常见矿物。

• 磁铁矿（Fe₃O₄）：天然磁性最强的矿物，一些细菌和候鸟体内也有它的微晶。

• 石英（SiO₂）：大陆地壳的标志性矿物，沙子的主要成分。

• 长石（KAlSi₃O₈）：地壳中含量最多的矿物类别。

• 锆石（ZrSiO₄）：极其耐久。澳大利亚的锆石显示，44 亿年前地球上可能已有液态水。

• 金刚石（C）：碳原子以四面体紧密排列，是天然最硬的物质。有些陨石里藏着比太阳系还老的纳米金刚石。

• 黏土矿物（Al₂Si₂O₅(OH)₄）：黏土表面可能帮助早期的 RNA 片段排列、聚合。

• 方解石（CaCO₃）：石灰岩和许多贝壳的成分，三叶虫的眼睛就是方解石晶体。

• 磷灰石（Ca₅(PO₄)₃）：牙釉质和骨骼的主要无机成分。

• 黄铁矿（FeS₂）：俗称「愚人金」。有一种生命起源假说认为，最早的代谢反应发生在硫化铁表面。

• 甘氨酸（C₂H₅NO₂）：最简单的氨基酸，罗塞塔号在彗星 67P 上也检测到了它。

• 腺嘌呤（C₅H₅N₅）：DNA 和 RNA 的碱基之一，可以由 5 个氰化氢分子拼成。

• 核糖（C₅H₁₀O₅）：RNA 的糖骨架，可以由甲醛在矿物表面聚合而成。

• 核苷酸（NMP）：核酸的基本单位：碱基、核糖和磷酸连在一起。

• 脂肪酸（RCOOH）：放进水里会自发形成双层膜泡，这可能是第一层细胞膜。

• RNA（RNA）：既能储存信息又能催化反应的分子，RNA 世界假说的主角。

• ATP（ATP）：细胞的能量货币，人体每天合成和分解的 ATP 总量接近自身体重。

• DNA（DNA）：比 RNA 更稳定的遗传分子，所有现存细胞生物都用它保存基因。

• 叶绿素（C₅₅H₇₂MgN₄O₅）：吸收红光和蓝光、反射绿光，中心是一个镁原子。

• 血红蛋白（Hb）：用铁原子携带氧气，让血液呈现红色。

• 甲酰胺（HCONH₂）：在矿物催化下加热甲酰胺，可以同时得到四种碱基和多种氨基酸的前体。

• 尿素（CO(NH₂)₂）：1828 年维勒用无机物合成了尿素，第一次证明有机物不必来自生命。

• 丙氨酸（Ala）：1953 年米勒-尤里实验里产量最高的氨基酸之一，默奇森陨石里也有。

• 天冬氨酸（Asp）：米勒-尤里实验和陨石里都找到过它，它也是合成多种其他氨基酸的起点。

• 丝氨酸（Ser）：名字来自蚕丝，最早从丝胶蛋白中分离出来。

• 谷氨酸（Glu）：味精的主要成分是谷氨酸钠，它让食物有「鲜味」。

• 缬氨酸（Val）：镰状细胞贫血，就是血红蛋白里的一个谷氨酸被换成了缬氨酸。

• 鸟嘌呤（G）：最早从鸟粪中分离出来，名字也由此而来。

• 胞嘧啶（C）：和鸟嘌呤之间形成三个氢键，是碱基对里最牢固的一对。

• 尿嘧啶（U）：RNA 特有的碱基。胞嘧啶脱去一个氨基就会变成它，默奇森陨石里也检测到了它。

• 亮氨酸（Leu）：蛋白质里最常见的氨基酸之一，人体不能自己合成。

• 异亮氨酸（Ile）：和亮氨酸的原子组成完全一样，只是排列不同，是一对同分异构体。

• 脯氨酸（Pro）：侧链和主链连成一个环，像蛋白质链上的「折角」，胶原蛋白里特别多。

• 苏氨酸（Thr）：1935 年才被发现，是 20 种标准氨基酸里最后找到的一种。

• 同手性（L / D）：生命只用左旋氨基酸和右旋糖。默奇森陨石里的左旋氨基酸略多，暗示这种偏好可能来自太空。

• 磷脂（PL）：一头亲水、一头疏水，在水里自动排成双层。今天所有细胞膜都由它构成。

• 铁硫簇（Fe–S）：最古老的蛋白质辅因子之一，结构和热泉里的硫化铁矿物很像，支持生命起源于海底热泉的假说。

• 核酶（RNA*）：有催化能力的 RNA。切赫和奥尔特曼因为发现它获得 1989 年诺贝尔化学奖。

• 肽（Gly-Ala）：氨基酸脱水连成的短链。温泉池边反复干湿交替，就能让氨基酸自发连起来。

• tRNA（tRNA）：三叶草形状的小 RNA，一端认密码子，一端驮着氨基酸，是遗传密码的「翻译员」。

• NAD⁺（NAD⁺）：传递电子的辅酶，分子里带着一个完整的核苷酸，可能是 RNA 世界留下的遗物。

• 辅酶 A（CoA）：代谢的中心枢纽，脂肪酸代谢和柠檬酸循环都要用它。

• 半胱氨酸（Cys）：含硫的氨基酸，两个半胱氨酸能形成二硫键。烫头发就是打断再重组这些键。

• 甲硫氨酸（Met）：几乎所有蛋白质的第一个氨基酸，起始密码子 AUG 编码的就是它。

• 组氨酸（His）：酶活性中心里常见的「搬运工」，能接收和交出质子。

• 赖氨酸（Lys）：谷物里含量较少的必需氨基酸，所以只吃谷物容易缺乏。

• 精氨酸（Arg）：人体用它合成一氧化氮，帮助血管舒张。

• 天冬酰胺（Asn）：1806 年从芦笋汁中分离出来，是第一个被发现的氨基酸。

• 谷氨酰胺（Gln）：血液里含量最多的氨基酸，为免疫细胞和肠道细胞供能。

• 核糖体（rRNA）：把信使 RNA 翻译成蛋白质的分子机器。起催化作用的是 RNA 而不是蛋白质，被看作 RNA 世界的活化石。

• 遗传密码（64 → 20）：64 个三联密码子对应 20 种氨基酸和终止信号，几乎所有生物共用同一套密码。

• 蛋白质（Protein）：从序列预测蛋白质结构曾是半个世纪的难题，2020 年 AlphaFold 基本解决了它。

• 苯丙氨酸（Phe）：1961 年尼伦伯格用只含 U 的 RNA 合成出一串苯丙氨酸，破译了第一个密码子 UUU。

• 酪氨酸（Tyr）：最早从奶酪中分离出来，名字源自希腊语的「奶酪」。

• 色氨酸（Trp）：体积最大的标准氨基酸，人体用它合成血清素和褪黑素。

• 胸腺嘧啶（T）：尿嘧啶加一个甲基。DNA 用它代替尿嘧啶，更容易发现并修复胞嘧啶脱氨造成的错误。

• 脱氧核糖（C₅H₁₀O₄）：比核糖少一个氧原子，这让 DNA 比 RNA 稳定得多。

• 酶（E）：生物催化剂。有些反应没有酶要等几千万年，有了酶只要几毫秒。

• 葡萄糖（C₆H₁₂O₆）：光合作用的产物。人的大脑每天要消耗约 120 克葡萄糖。

• 纤维素（(C₆H₁₀O₅)ₙ）：地球上最多的有机物，由葡萄糖连成。牛羊要靠胃里的微生物才能消化它。

• 胶原蛋白（Col）：动物体内含量最多的蛋白质，把细胞粘成组织。多细胞动物的出现可能离不开它。

• 几丁质（(C₈H₁₃NO₅)ₙ）：节肢动物外骨骼和真菌细胞壁的主要成分，是自然界第二多的多糖。

• 木质素（Lignin）：让植物茎干变硬、能够长高。石炭纪留下大量煤炭，可能和当时的真菌还不善于分解它有关。

相关研究

这些研究和本页主题相关，但不是本页内容的直接证明。

• 米勒-尤里实验：一个研究生把水、甲烷、氨和氢封进烧瓶，持续放电，竟得到了组成蛋白质的氨基酸。

  出处：Miller, Science 1953, "A production of amino acids under possible primitive earth conditions"

• 无需酶的核苷酸：找到一条更“自然”的化学路线，在原始条件下直接合成 RNA 的组件。

  出处：Powner, Gerland & Sutherland, Nature 2009, "Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions"

• 太空中的氨基酸：默奇森陨石里发现了非地球来源的氨基酸，生命的原料在宇宙中可能很常见。

  出处：Kvenvolden et al., Nature 1970, "Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite"

• 海底热泉：深海热泉周围存在不依赖阳光的生态系统，生命起源有了一个新的候选地点。

  出处：Corliss et al., Science 1979, "Submarine thermal springs on the Galápagos Rift"