生命起源的研究,关于生命的开始、分类是一直未解决的课题,而今分析化学的长足进步,负有很大的使命。

现今,大部分研究生命起源的学者,均以单纯物质作为素材,从原始地球上的化学反应出发,自发的生命发生了。这种“化学进化”的观点,开始于本世纪三十年代,立即引起广泛的注意,为了研究与证实该桿论,从五十年代起,开始采用两种方法来验证。第一种方法是原始地球模型的模拟实验;第二种方法是对古代沉积岩的调查。由于当时的分析技术的进步,足以担负该项使命的完成。

(一)原始地球模型的模拟实验:著名学者米勒的实验,确立了原始地球的重现装置(即模拟试验)。五十年代的前半期,艾莉在米勒实验的基础上推定了原始大气的化学组分,并指出由氢分子与一些其他分子化合成CH4、NH3、H2O等,对有关组成其混合气体的反应,及其对生成该化合物反应的一系列研究,最终证实几乎所有合成的有机化合物,均含有氨基酸,这份研究报告对整个学术界是一个很大的冲击。现已反复重现了上述类似实验,还有多种微量的有机生成物合成,其实验要点是分析方法的合理选择反应用,这是极其重要的技术问题,往往为人们所忽视。诸如自动氨基酸分析仪与色 - 质谱联用仪(GC/MS),对有些反应产物,如多数茚满三酮合 - 水阳性物质的分离,只要在溶出的时间内稳定,均可用来进行分离、分析。

(二)化学化石:这是一种从沉积岩中发现生命初期历史的方法,作为该法的原动力是放射性同位素,利用放射性同位素或稳定同位素对沉积岩的年代进行测量,分析化学中的放射性化学担负了该项使命。离今大约34 ~ 35亿年前,经调查已有数种沉积岩中有微生物化石的存在,但38 ~ 39亿年前的沉积岩中有否生物化石,一直成为争论之点。至今所见的微生物化石,其生物遗迹,有赖于分析化学来证实。顾名思义,化石即有机物残骸所示,而分析化学从沉积岩中有机物组分的同位素比,最后提供了可靠的依据。从沉积岩的化学物质中推定生命存在的方法,称为“化学化石”。

(三)地球外起源的学说:陨石是地球外起源的物质,在大约46亿年前,当太阳系生成过程中,陨石中残留有碳素化合物的化学反应产物,因而在陨石的原始物质中含有碳素化合物的有机化合物。据调查,该类有机化合物有可能是太阳系的有机化合物的起源物质,而并非生物条件下生成的有机化合物。为原始地球上的生命诞生、发展与化学进化,提供了重要的资料。

i)陨石中氨基酸的确认:从五十年代开始,由于分析化学的不断发展,对陨石中有机化合物的研究盛行起来,陆续发表陨石中有氨基酸、碳氢化合物及其他数种有机化合物的报告。但是,从陨石试料落下后,由研究者之手到检出有机化合物,长年累月间受到种种污染,经分析化学验证,判明多数是地球上的污染物。例如:Orgueil陨石中所检出的氨基酸,其组成与人的手指纹中检出的氨基酸非常一致。后来,为了判明有否污染,在六十年代后半期,确立了陨石中固有的有机化合物分析方法。

ⅱ)阿波罗计划中月岩超微量有机物分析法:为了实现阿波罗计划,分析化学针对作为生物的有机化合物,即颇为重要的氨基酸分析,进行充分的准备。当时,1969年,澳大利亚有一碳质陨石Murchison陨石落下,该陨石被迅速回收,应用了用于月岩的分析法,并在无尘实验室操作,经气相色谱法进行分离及测定,最终发现了氨基酸的光学异构体。

iii)陨石中确有固有的氨基酸存在:如上所述,由于阿波罗计划中的分析方法,解决了陨石中确有固有的氨基酸存在,其特征为地球上生物污染的氨基酸与非生物起源的不一样,从而得出陨石中确有固有氨基酸的结论。另外,还可用氨基酸的光学异构体的存在比确定;如以D - 体与L - 体等量氨基酸混合鉴别,最后判明其为蛋白性或非蛋白性氨基酸。经用于Murray和Orgueil陨石证明,这类陨石中确有固有氨基酸存在。到了七十年代,由于分析化学领域中气相色谱柱光学活性固定相的开发,从陨石试料中分离出D,L - 氨基酸单衍生物。该分析方法为日本的南极考察队所建立,当时在南极大陆及山地的冰地上发现Yamato-74662陨石,并用上述方法测定了该陨石的氨基酸。

iv)其他:近年来,除了以气相色谱法对于D,L - 氨基酸分析外,还有用液体色谱法分离含有光学活性的氨基酸溶出溶液。最近,有人对陨石中核酸盐基的存在,发生莫大的兴趣。开始已有人用气相色谱、液相色谱及色 - 质谱联用的方法进行研究,另外,稳定同位素比(如δ13C)的研究及测定,对陨石中有机化合物的研究,均颇有用。

四)海洋与生命:不少海洋化学家与生命起源研究的学者等评述,地球上生命发生于海洋,其颇有说服力的旁证之一指出:海水中元素组成与生命的元素组成有类似性。日本学者江上在数年前指出,一些特殊的微量金属元素,在海上与生命间相关性,显示了所有的生物,从微生物到高等动物,必须具有Fe、Mo、Zn、Cu、V与Mn等6元素;并且,这也是海水中最多的迁移金属元素。

(五)光学活性与生命起源:众所周知,化学构造与生命现象是密切相关的,但其代表例子为化学结构的光学活性。应该指出,光学活性的起源与生命起源的关系甚为密切,几乎是同时发生的。如生物体主要为L - 氨基酸及D - 糖类,可是在陨石与先寒武纪古生代沉积岩中这类生物体数据的测定及获得,始终离不开现代分析化学的贡献;最后,确定地球上生命起源早在38 ~ 39亿年前,从而解决了旷日持久的争论,并为生命起源作出了具有科学依据的贡献。

[《ぶんせぎ》(日),1983年10月]