科学家发现一种奇特的化学循环，它可能有助于生命的起源

生命最初是怎么“起步”的？这个问题困扰了科学家几百年。

澳大利亚新南威尔士大学的科学家最新发现，一种糖和一种矿物元素之间，可能存在一个相互扶持的“化学循环”，帮助生命的关键分子在原始地球上存活下来。

这项研究由新南威尔士大学澳大利亚天体生物学中心副研究员卢克·斯特勒、化学学院副教授阿尔伯特·法伦巴赫，以及澳大利亚天体生物学中心主任马丁·范克拉嫩东克教授等人完成，论文发表在《科学报告》上。

他们发现，核糖能帮助硼溶解于水，而溶解的硼又能保护核糖不被分解，两者“你帮我、我帮你”，形成了一个自我强化的循环。

生命起源路上的“脆弱糖”

要理解这项研究，得先认识一种叫核糖的糖。

核糖是核糖核酸的骨架成分。核糖核酸是生命中极其重要的分子，既能储存遗传信息，又能催化化学反应。

DNA与RNA关系的示意图。（美国国家人类基因组研究所）

许多科学家支持“核糖核酸世界”假说，认为在DNA和蛋白质出现之前，原始生命可能是以核糖核酸为核心运转的。

但这个假说面临一个棘手问题：核糖太脆弱了。在高温等条件下，它很容易分解成一团焦油状的残渣，很难在原始地球的恶劣环境中大量积累。

科学家早就知道，一种叫硼的类金属元素可以与核糖结合，稳定它的结构，就像给脆弱的核糖穿上了一件“防护服”。

可问题又来了。钙会把硼锁进不溶于水的岩石中，让硼无法发挥作用。

原始地球上的水体中，钙往往并不罕见，这就让“硼保护核糖”的设想打了折扣：如果硼都被钙“扣押”在石头里，它又如何去保护核糖？

有观点认为，生命所需的部分糖类甚至可能来自太空，陨石中就曾检测到核糖。但无论来自天上还是地下，核糖要在地球上存活下来，都需要合适的化学环境。

此前许多关于核糖和硼的实验，都是在理想化的实验室条件下进行的，研究人员认为，那样的条件未必能真实反映原始地球的情况。

用真实矿物做实验

为了更贴近现实，研究团队决定用真实的矿物来做实验。

他们比较了实验室级的硼砂与三种天然硼矿物：贫水硼砂、硬硼钙石和钠硼解石，这些矿物分别含有钠、钙或两者兼有。

研究人员测量了在有核糖和没有核糖的情况下，有多少硼溶解进水中，后者作为对照组。

他们还测试了一块来自印度拉达克地区普加热液系统的蒸发结壳样本。这片位于喜马拉雅山区的温泉地带，被视为模拟原始地球环境的天然实验室。

实验结果相当清晰：在所有四种矿物中，核糖都提高了硼的溶解度，其中对含钙矿物的效果最为显著。

在普加温泉样本中，加入核糖后，释放出的硼增加了约60%。

研究人员还比较了新鲜核糖和经过高温与碱性条件降解的核糖。降解后的核糖整体上只能略微提高硼的溶解量。

核糖和硼酸盐，太空中的绝配（至少部分如此）。（Steller等人，《科学报告》，2026）

以硬硼钙石为例，降解核糖让硼的溶解量提高约50%，而新鲜核糖则让它提高约3.5倍。

为了对比，团队还测试了蔗糖和葡萄糖。这两种糖也能提高硼的溶解度，但效果不如核糖。

这说明核糖与硼之间的“默契”并非偶然，而是由分子形状决定的特殊亲和力。

研究人员认为，这与核糖独特的分子几何结构有关，它的形状恰好适合与硼形成稳定的复合物。

一个“越转越快”的化学飞轮

基于这些发现，研究团队提出了一个自我强化的循环模型。

核糖在处理含钙化合物时尤其有效。(Steller et al., Sci. Rep. , 2026)

核糖把硼拉进溶液，硼再反过来保护核糖免于分解。核糖越多，溶解的硼就越多，溶解的硼越多，就能保护越多的核糖存活下来。

这就像一个飞轮，一旦转起来，就会越转越快。研究人员认为，这样的循环可能为核糖核酸世界的出现铺平了道路。

研究团队还指出，普加温泉的硼含量虽然很高，但也只有一些实验室实验所用浓度的百分之几，这说明在自然界中，这种相互促进的机制可能格外重要。

不过，硼也是一把双刃剑。研究发现，过量的硼反而可能抑制核糖的初始形成。

有趣的是，钙在这里可能扮演了“调节阀”的角色。通过把硼的浓度维持在较低水平，钙可能让核糖得以顺利生成。

本文探讨了一种元素和分子相互作用模型。(Steller et al., Sci. Rep. , 2026)

此外，温泉中不断变化的酸碱度，可能会让核糖从硼的“怀抱”中释放出来，去参与其他化学反应。

研究人员强调，用天然矿物样本做实验，比单纯使用合成材料更能真实反映早期地球的情况，尽管合成材料能提供更精确的实验控制。

他们还提出一个更宏大的设想：在生命出现之前，非生命的碳分子可能就已经开始影响矿物的形成。

乙二醇和甘油等其他分子同样能与硼结合，它们对天然矿物的影响仍有待进一步检验。

这项研究提醒我们，生命的诞生也许并不是某个瞬间的奇迹，而是无数化学反应在合适环境中慢慢积累、相互促进的结果。

在喜马拉雅山区冒着热气的温泉里，或许正保存着地球生命最初那几步的化学密码。