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一项新的研究揭示了钙在塑造生命早期分子结构中令人惊讶的作用。来自 Institute of Science Tokyo (原 Tokyo Institute of Technology) 地球-生命科学研究所 (ELSI) 的研究人员发现，钙离子可以选择性地影响原始聚合物的形成，从而揭示了一个长期存在的谜团：生命的分子如何开始偏好单一的“手性”(chirality)。

就像我们的左手和右手一样，许多分子以两种镜像形式存在。然而，地球上的生命有着惊人的偏好：DNA 的糖是右旋的，而蛋白质是由左旋氨基酸构成的。这种被称为同手性 (homochirality) 的现象，对于我们所知的生命至关重要，但它是如何首次出现的仍然是生命起源研究中的一个主要难题。

该团队研究了酒石酸 (TA)，一种具有两个手性中心的简单分子，以探索早期地球的环境可能如何影响同手性聚合物的形成。他们发现钙显著改变了 TA 分子连接在一起的方式。如果没有钙，纯左旋或右旋的 TA 很容易聚合成聚酯，但含有等量两种形式的混合物却难以形成聚合物。然而，在钙的存在下，这种模式发生了逆转——钙减缓了纯 TA 的聚合，同时使混合溶液能够聚合。

RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) 的 Special Postdoctoral Researcher，也是该研究的共同负责人 Chen Chen 表示：“这表明钙的可用性可能在早期地球上创造出有利于或不利于同手性聚合物的环境。” 研究人员提出，钙通过两种机制驱动这种效应：首先，通过与 TA 结合形成酒石酸钙晶体，选择性地从溶液中去除等量的左旋和右旋分子；其次，通过改变剩余 TA 分子的聚合化学性质。这个过程可以放大手性方面微小的不平衡，最终导致现代生物分子中观察到的统一手性。

这项研究特别引人入胜的地方在于，它提出聚酯——由酒石酸等分子形成的简单聚合物——可能早在 RNA、DNA 或蛋白质之前，就已经是生命最早的同手性分子之一。ELSI 特聘副教授 Tony Z. Jia 也是该研究的共同负责人，他解释说：“生命起源通常根据核酸和氨基酸等生物分子来讨论。然而，我们的工作引入了一种替代视角：像聚酯这样的‘非生物分子’可能在生命最早的步骤中发挥了关键作用。”

研究结果还强调了早期地球上不同的环境如何影响哪种类型的聚合物形成。贫钙环境，如一些湖泊或池塘，可能促进了同手性聚合物的形成，而富钙环境可能更有利于混合手性的聚合物。

除了化学之外，这项研究还连接了多个科学领域——生物物理学、地质学和材料科学——以探索简单的分子如何在动态的生命起源前环境中相互作用。这项研究也是多年跨学科合作的成果，汇集了来自亚洲、欧洲、澳大利亚和北美七个国家的研究人员。

Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences 的项目共同负责人 Ruiqin Yi 表示：“我们在以清晰和合乎逻辑的方式整合所有复杂的化学、生物物理学和物理分析方面面临着重大挑战。但由于我们团队的辛勤工作和奉献精神，我们揭示了生命起源难题中一个引人注目的新部分。” 这项研究不仅加深了我们对地球上生命起源的理解，还表明类似的过程可能在其他行星上也在发生，从而帮助科学家寻找我们世界之外的生命。

注意:

在论文提交后，大学的名称已从 Tokyo Institute of Technology 更改为 Institute of Science Tokyo.

共同作者 Chen Chen 在 ELSI 担任研究员期间获得了大部分数据。