剧毒氰化物，或是生命起源？

氰化物（氰化钾、氰化钠等）作为一种剧毒物质，随着谍战、特工类文学作品及影视作品的流行而深入人心。在某种意义上说，氰化物的出场往往预示着某些角色的生命终结。近期发表的一项研究，却把这种可终结生命的物质与生命起源联系了起来。来自印度的Kumar Vanka等三位研究人员的研究结果，为说明生命起源有可能与水和剧毒物质氰化氢（HCN）有关提供了新的证据。该论文发表在美国化学会旗下期刊ACS Central Science。

地球上的原始生命从哪来？这是人类孜孜不倦探索的问题。目前，学术界大致有两种观点占主流：一是“RNA世界”假说，另一个是“代谢优先”原则。前者认为初级生命的形成起源于RNA分子的自我复制，即RNA在没有蛋白质酶的存在下自行催化RNA的复制。后者则认为早期地球上的海洋中存在简单的金属催化剂，有助于制造原始有机物成分，并利用这些成分制造其他生命形成所需的生物分子。近些年，随着一些实验结果的公布，“RNA世界”假说被更为广泛地接受。其中，著名的Urey−Miller实验指出，在生物起源之前的地球上存在着HCN。而另一些实验证明，HCN有可能为RNA以及蛋白质前体的形成提供了最基本的合成原料。

图片来源：ACS Cent. Sci.

就算“RNA世界”假说是正确的，但还有很多问题等待解答，比如，HCN在早期地球的条件下是如何发生反应的呢？早期地球的大气条件使得高能光子难以到达地球表面，之前的研究中涉及的反应多依靠取决于光化学或电火花，这对于水溶液中的HCN来说可能并不足够，或许热化学是更合理的替代方案？要知道早期地球（3.5-40亿年前）水体表面的温度可能大约为80.0-100.0 °C。

Kumar Vanka等人的工作试图从不同的角度来回答这些问题。他们利用AINR（ab initio nanoreactor）方法进行分子动力学模拟，阐释了HCN和水作为原料生成glycine、cyanamide、glycoaldehyde等基本有机物的过程。先请看下面的短视频。

视频来源：ACS Cent. Sci.

生成基本有机化合物单元（如CO、CO₂、HCHO、HCOOH等）具体的反应过程可以看下面这张长图，详述了反应过程的电子转移、能量变化以及涉及到的各中间体。

图片来源：ACS Cent. Sci.

上图所示的2-氨基恶唑则是RNA合成的重要前体，其他的小分子则为氨基酸、糖类等生命所需基本物质提供前体化合物。这样的推演下，致死的毒物产生原始的生命，看起来也不无道理。

这文章可以说是把计算化学应用的淋漓尽致，让无数实验台前的化学同行投来羡慕的目光。“柱子不用过，文章照样发，试剂不用闻，电脑随便打”，估计不少同学都这么评价过做计算化学的朋友。玩笑归玩笑，这个AINR方法确实不错。有大量的文章报道了利用AINR发现新反应、新机理的例子。强烈安利做方法学的同学考虑一下，这东西用好了绝对如虎添翼。话说计算化学还是很强大的，在本君这个外行看来可以算反应、算机理、算分子相互作用、算生命起源现象……此外，最有优势的是这帮人就业前景还很好，比如本君一朋友在美国5年计算化学的PhD，毕业后直奔华尔街去搞金融产品建模分析去了，从化学行业到金融行业，真可谓一夜从“蓝领”到“金领”。算了，不羡慕人家了，过柱子去了……

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Insights Into the Origin of Life: Did It Begin from HCN and H₂O?

Tamal Das, Siddharth Ghule, Kumar Vanka

ACS Cent. Sci., 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.9b00520

（本文由乐只君子供稿）