在模拟深海热泉系统条件下生命起源前氨基酸的合成

【摘要】地球上生命的起源是自然科学界三大难题之一。从古至今，人们从未停止对生命起源的研究。随着社会和科学的发展，人们先后提出了神创论、自然发生论、生源论、泛胚种论等有关生命起源的假说。其中，化学进化论是现阶段被广大学者普遍接受的假说。该假说是指生命是由非生命物质逐渐转化而来，即当早期地球达到较低的温度后，地球上的非生命物质（核子、元素、分子等）经一系列复杂的化学过程，转变成复杂有机物，然后在原始海洋中形成多分子体系，进而演变成细胞，再经一系列的生物进化，逐步形成原始生命。目前，对生命起源化学进化论的研究主要集中在由简单无机小分子和有机小分子合成生物小分子的阶段，其中，氨基酸、核酸、肽等重要生物分子的前生物合成受到广泛关注。20世纪70年代，伴随着深海热泉系统的发现和对其的不断了解，人们认为深海热泉系统可能是地球上生命起源和化学进化的场所。它含有的丰富的化学组成，如气体、金属、盐、矿物质等，是化学进化的物质基础，而随着深海热泉系统的不断循环，形成的温度（最高达400℃）梯度和压力梯度也为物质的化学进化提供了有利的条件。现阶段，越来越多的研究者致力于在模拟深海热泉系统条件下进行有机物质的合成研究。本论文以乙酸和氨水为反应物，分别考察了深海热泉系统中存在的几种典型的过渡金属氧化物、硫化物和盐对氨基酸合成的影响。利用微波反应合成仪简单模拟深海热泉系统的水热环境，并提供温和的反应温度(90-200℃)。深海热泉系统中含有种类繁多的矿物质、过渡金属及其氧化物、硫化物、盐等，本论文选取几种典型的过渡金属氧化物（Co3O4、Cr2O3、Mn3O4）、硫化物（Na2S）和盐（MnCl2、NaCl、CaCl2·2H2O、CuCl2·2H2O等），探索它们对氨基酸合成的影响。第一部分实验分别考察几种典型的过渡金属氧化物（Co3O4、Cr2O3、Mn3O4）和硫化物（Na2S）对甘氨酸合成的影响。实验结果表明Cr2O3、Mn3O4、Na2S对甘氨酸的水热合成没有起到催化作用，而Co3O4有效的促进了甘氨酸的合成，对甘氨酸合成起到催化作用；且在Co3O4存在时，甘氨酸在200℃和30min时产率最高，说明在四氧化三钴存在时，较高的温度利于甘氨酸的积累。第二部分实验首先探索几种不同的无机盐对甘氨酸合成的影响。实验表明不同的盐对甘氨酸的合成具有不同的作用，其中，ZnCl2、MgCl2·6H2O、MnCl2、NaCl、KCl不能对甘氨酸的合成起到作用，而BaCl2·2H2O、FeCl3、CaCl2·2H2O、CuCl2·2H2O有效的促进了甘氨酸的生成，对甘氨酸合成起到催化作用，且在氯化铜作用下甘氨酸产率最高。其次，本部分研究了在氯化铜作用下，不同的反应温度(90，120，150，180℃）和反应时间(10，20，30min)时甘氨酸的产率。实验结果表明随着反应温度和时间的不断增加，甘氨酸的产率也逐渐增加。本论文考察了深海热泉系统中部分典型的过渡金属氧化物、硫化物、盐对氨基酸合成的影响，它们显示出了对氨基酸合成起到不同的作用。其中，Co3O4和BaCl2·2H2O、FeCl3、CaCl2·2H2O、CuCl2·2H2O对甘氨酸的合成起到了催化作用，说明在深海热泉系统中不仅仅是含量丰富的铁系过渡金属氧化物可以催化氨基酸的合成，四氧化三钴和不同的盐也可以催化氨基酸的合成；同时，本论文拓宽了在模拟深海热泉系统条件下氨基酸合成的有效途径。
【作者】刘丹丹；
【导师】刘晓旸；
【作者基本信息】吉林大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】生命起源；深海热泉系统；四氧化三钴；无机盐；氨基酸合成；

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