宇宙裡的分子：從氦合氫離子到胺基酸

真實依據

• 氦合氫離子（HeH⁺）：宇宙中形成的第一種分子。2019 年才在一個行星狀星雲裡被首次探測到。

• 氫分子（H₂）：宇宙中最多的分子。第一代恆星誕生前，氣體要靠它輻射冷卻才能坍縮。

• 羥基（OH）：1963 年第一種在星際空間被射電望遠鏡探測到的分子。

• 一氧化碳（CO）：分子云裡第二多的分子，射電天文學家用它來描繪看不見的氫分子云。

• 水（H₂O）：在星際冰粒、彗星和行星盤裡大量存在。地球的水可能部分來自小行星。

• 氨（NH₃）：1968 年被探測到，是第一種在星際空間發現的多原子分子。

• 甲烷（CH₄）：土衛六上有甲烷構成的湖泊和雨。

• 矽酸鹽塵埃（SiO₄）：星際塵埃的主要成分，後來聚整合岩石行星。

• 氰化氫（HCN）：劇毒，卻可能是生命起源時合成鹼基和胺基酸的重要原料。

• 甲醛（H₂CO）：1969 年被探測到的第一種星際有機多原子分子。

• 多環芳烴（PAH）：星際空間最常見的大分子之一，被認為鎖住了宇宙中相當一部分的碳。

• 富勒烯（C₆₀）：2010 年在行星狀星雲裡被發現，是已知最大的星際分子之一。

• 乙醇醛（C₂H₄O₂）：最簡單的糖類分子之一，在銀河系中心附近的氣體雲裡被發現。

• 橄欖石（(Mg,Fe)₂SiO₄）：上地幔的主要礦物，彗星塵埃裡也有它的晶體。

• 輝石（(Mg,Ca)SiO₃）：玄武岩和月岩裡的常見礦物。

• 磁鐵礦（Fe₃O₄）：天然磁性最強的礦物，一些細菌和候鳥體內也有它的微晶。

• 石英（SiO₂）：大陸地殼的標誌性礦物，沙子的主要成分。

• 長石（KAlSi₃O₈）：地殼中含量最多的礦物類別。

• 鋯石（ZrSiO₄）：極其耐久。澳大利亞的鋯石顯示，44 億年前地球上可能已有液態水。

• 金剛石（C）：碳原子以四面體緊密排列，是天然最硬的物質。有些隕石裡藏著比太陽系還老的奈米金剛石。

• 黏土礦物（Al₂Si₂O₅(OH)₄）：黏土表面可能幫助早期的 RNA 片段排列、聚合。

• 方解石（CaCO₃）：石灰岩和許多貝殼的成分，三葉蟲的眼睛就是方解石晶體。

• 磷灰石（Ca₅(PO₄)₃）：牙釉質和骨骼的主要無機成分。

• 黃鐵礦（FeS₂）：俗稱「愚人金」。有一種生命起源假說認為，最早的代謝反應發生在硫化鐵表面。

• 甘胺酸（C₂H₅NO₂）：最簡單的胺基酸，羅塞塔號在彗星 67P 上也檢測到了它。

• 腺嘌呤（C₅H₅N₅）：DNA 和 RNA 的鹼基之一，可以由 5 個氰化氫分子拼成。

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

• 核苷酸（NMP）：核酸的基本單位：鹼基、核糖和磷酸連在一起。

• 脂肪酸（RCOOH）：放進水裡會自發形成雙層膜泡，這可能是第一層細胞膜。

• RNA（RNA）：既能儲存資訊又能催化反應的分子，RNA 世界假說的主角。

• ATP（ATP）：細胞的能量貨幣，人體每天合成和分解的 ATP 總量接近自身體重。

• DNA（DNA）：比 RNA 更穩定的遺傳分子，所有現存細胞生物都用它儲存基因。

• 葉綠素（C₅₅H₇₂MgN₄O₅）：吸收紅光和藍光、反射綠光，中心是一個鎂原子。

• 血紅素（Hb）：用鐵原子攜帶氧氣，讓血液呈現紅色。

• 甲醯胺（HCONH₂）：在礦物催化下加熱甲醯胺，可以同時得到四種鹼基和多種胺基酸的前體。

• 尿素（CO(NH₂)₂）：1828 年維勒用無機物合成了尿素，第一次證明有機物不必來自生命。

• 丙胺酸（Ala）：1953 年米勒-尤里實驗裡產量最高的胺基酸之一，默奇森隕石裡也有。

• 天冬胺酸（Asp）：米勒-尤里實驗和隕石裡都找到過它，它也是合成多種其他胺基酸的起點。

• 絲胺酸（Ser）：名字來自蠶絲，最早從絲膠蛋白中分離出來。

• 麩胺酸（Glu）：味精的主要成分是麩胺酸鈉，它讓食物有「鮮味」。

• 纈胺酸（Val）：鐮狀細胞貧血，就是血紅素裡的一個麩胺酸被換成了纈胺酸。

• 鳥嘌呤（G）：最早從鳥糞中分離出來，名字也由此而來。

• 胞嘧啶（C）：和鳥嘌呤之間形成三個氫鍵，是鹼基對裡最牢固的一對。

• 尿嘧啶（U）：RNA 特有的鹼基。胞嘧啶脫去一個氨基就會變成它，默奇森隕石裡也檢測到了它。

• 白胺酸（Leu）：蛋白質裡最常見的胺基酸之一，人體不能自己合成。

• 異白胺酸（Ile）：和白胺酸的原子組成完全一樣，只是排列不同，是一對同分異構體。

• 脯胺酸（Pro）：側鏈和主鏈連成一個環，像蛋白質鏈上的「折角」，膠原蛋白裡特別多。

• 蘇胺酸（Thr）：1935 年才被發現，是 20 種標準胺基酸裡最後找到的一種。

• 同手性（L / D）：生命只用左旋胺基酸和右旋糖。默奇森隕石裡的左旋胺基酸略多，暗示這種偏好可能來自太空。

• 磷脂（PL）：一頭親水、一頭疏水，在水裡自動排成雙層。今天所有細胞膜都由它構成。

• 鐵硫簇（Fe–S）：最古老的蛋白質輔因子之一，結構和熱泉裡的硫化鐵礦物很像，支援生命起源於海底熱泉的假說。

• 核酶（RNA*）：有催化能力的 RNA。切赫和奧爾特曼因為發現它獲得 1989 年諾貝爾化學獎。

• 肽（Gly-Ala）：胺基酸脫水連成的短鏈。溫泉池邊反覆乾溼交替，就能讓胺基酸自發連起來。

• tRNA（tRNA）：三葉草形狀的小 RNA，一端認密碼子，一端馱著胺基酸，是遺傳密碼的「翻譯員」。

• NAD⁺（NAD⁺）：傳遞電子的輔酶，分子裡帶著一個完整的核苷酸，可能是 RNA 世界留下的遺物。

• 輔酶 A（CoA）：代謝的中心樞紐，脂肪酸代謝和檸檬酸迴圈都要用它。

• 半胱胺酸（Cys）：含硫的胺基酸，兩個半胱胺酸能形成二硫鍵。燙頭髮就是打斷再重組這些鍵。

• 甲硫胺酸（Met）：幾乎所有蛋白質的第一個胺基酸，起始密碼子 AUG 編碼的就是它。

• 組胺酸（His）：酶活性中心裡常見的「搬運工」，能接收和交出質子。

• 離胺酸（Lys）：穀物裡含量較少的必需胺基酸，所以只吃穀物容易缺乏。

• 精胺酸（Arg）：人體用它合成一氧化氮，幫助血管舒張。

• 天冬醯胺（Asn）：1806 年從蘆筍汁中分離出來，是第一個被發現的胺基酸。

• 麩醯胺酸（Gln）：血液裡含量最多的胺基酸，為免疫細胞和腸道細胞供能。

• 核糖體（rRNA）：把信使 RNA 翻譯成蛋白質的分子機器。起催化作用的是 RNA 而不是蛋白質，被看作 RNA 世界的活化石。

• 遺傳密碼（64 → 20）：64 個三聯密碼子對應 20 種胺基酸和終止訊號，幾乎所有生物共用同一套密碼。

• 蛋白質（Protein）：從序列預測蛋白質結構曾是半個世紀的難題，2020 年 AlphaFold 基本解決了它。

• 苯丙胺酸（Phe）：1961 年尼倫伯格用只含 U 的 RNA 合成出一串苯丙胺酸，破譯了第一個密碼子 UUU。

• 酪胺酸（Tyr）：最早從乳酪中分離出來，名字源自希臘語的「乳酪」。

• 色胺酸（Trp）：體積最大的標準胺基酸，人體用它合成血清素和褪黑素。

• 胸腺嘧啶（T）：尿嘧啶加一個甲基。DNA 用它代替尿嘧啶，更容易發現並修復胞嘧啶脫氨造成的錯誤。

• 脫氧核糖（C₅H₁₀O₄）：比核糖少一個氧原子，這讓 DNA 比 RNA 穩定得多。

• 酶（E）：生物催化劑。有些反應沒有酶要等幾千萬年，有了酶只要幾毫秒。

• 葡萄糖（C₆H₁₂O₆）：光合作用的產物。人的大腦每天要消耗約 120 克葡萄糖。

• 纖維素（(C₆H₁₀O₅)ₙ）：地球上最多的有機物，由葡萄糖連成。牛羊要靠胃裡的微生物才能消化它。

• 膠原蛋白（Col）：動物體內含量最多的蛋白質，把細胞粘成組織。多細胞動物的出現可能離不開它。

• 幾丁質（(C₈H₁₃NO₅)ₙ）：節肢動物外骨骼和真菌細胞壁的主要成分，是自然界第二多的多糖。

• 木質素（Lignin）：讓植物莖幹變硬、能夠長高。石炭紀留下大量煤炭，可能和當時的真菌還不善於分解它有關。

相關研究

這些研究和本頁主題相關，但不是本頁內容的直接證明。

• 米勒-尤里實驗：一個研究生把水、甲烷、氨和氫封進燒瓶，持續放電，竟得到了組成蛋白質的胺基酸。

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

• 無需酶的核苷酸：找到一條更“自然”的化學路線，在原始條件下直接合成 RNA 的元件。

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

• 太空中的胺基酸：默奇森隕石裡發現了非地球來源的胺基酸，生命的原料在宇宙中可能很常見。

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

• 海底熱泉：深海熱泉周圍存在不依賴陽光的生態系統，生命起源有了一個新的候選地點。

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