科学家揭示可能开启生命的自发反应

苏黎世联邦理工学院物理化学教授 Ruth Signorell 领导的研究团队发现了一个此前未知的尿素形成反应途径，该发现可能为此提供答案。这项研究刚刚发表在《Science》（科学）期刊上。

水表面的化学反应

在工业上从氨（NH₃）和二氧化碳（CO₂）生产尿素需要高压高温或化学催化剂。在人类和动物体内，酶促反应能使相同的反应发生，将蛋白质分解产生的有毒氨以尿素形式排出。由于这个简单分子含有氮、碳元素，且很可能存在于无人居住的早期地球上，许多研究人员将尿素视为复杂生物分子的可能前体。

Signorell 表示："我们的研究展示了尿素在前生命地球上可能形成的一种途径——即水分子与大气气体相互作用的地方：水表面。"

液滴边缘的反应器

Signorell的团队研究了海雾和细雾中存在的那种微小水滴。研究人员观察到，在环境条件下，二氧化碳（CO₂）和氨（NH₃）可以在液滴的表层自发形成尿素。空气与液体之间的物理界面在水表面创造了一个特殊的化学环境，使得这种自发反应成为可能。

由于液滴的表面积与其体积之比非常大，化学反应主要发生在该表面附近。该区域形成化学浓度梯度，如同一个微观反应器。水滴界面层的pH梯度创造了所需的酸性环境，开启了在液体内部通常不会发生的非常规反应路径。

两位第一作者之一的Mercede Mohajer Azizbaig解释道："此反应的显著特点在于它在环境条件下无需外部能量即可进行。"这不仅使该过程在技术角度上具有吸引力，也为可能对进化具有重要意义的过程提供了宝贵见解。

窥探地球早期岁月的窗口

生命起源是目前广泛研究的主题，人们正在探索不同的方法。第一作者Pallab Basuri解释道："面对这样一个存在争议的研究领域，用数据支撑我们的观察结果至关重要。"合著者奥本大学的Evangelos Miliordos和Andrei Evdokimov进行的理论计算支持了实验结果，证实了液滴上的尿素反应在没有任何外部能量供应的情况下即可发生。

结果表明，这种自然反应在早期地球大气中也可能发生——该大气富含CO₂，并可能含有微量氨。在此类环境中，含水气溶胶或雾滴可能充当了天然反应器，在其中形成了尿素等前体分子。Signorell 指出："我们的研究表明，看似平凡的界面如何能成为动态反应空间，这表明生物分子可能拥有比此前认为更普遍的起源。"

长远来看，CO₂和氨在环境条件下的直接反应，也可能为尿素及其下游产品的气候友好型生产带来潜力。