戊糖是現代生命形式新陳代謝中必需的碳水化合物，但由于這些分子不穩定，它們在地球早期的可用性尚不清楚。

　　由日本東京工業大學地球生命科學研究所(ELSI)領導的一項新研究發表在《JACS Au》雜志上，揭示了一種與早期地球條件相容的化學途徑，通過該途徑，C6醛醛酸鹽可以在不需要酶的情況下作為戊糖的來源。他們的發現為原始生物化學提供了線索，使我們更接近了解生命的起源。

　　地球上的生命是從簡單的化學物質中出現的，這是生物化學乃至所有科學領域中最令人興奮但也最具挑戰性的課題之一。現代生命形式可以通過復雜的化學網絡將營養物質轉化為各種化合物;更重要的是，它們可以利用酶催化非常特定的轉化，從而對分子的產生進行非常精細的控制。

　　然而，在生命出現并變得更加復雜之前，酶并不存在。因此，在地球歷史的早期，很可能存在各種各樣的非酶化學網絡，這些網絡可以將環境營養物質轉化為支持原始細胞功能的化合物。

　　戊糖的合成是上述情形的一個突出例子。這些單糖，只含有5個碳原子，是RNA和其他分子的基本組成部分，這些分子對我們所知的生命至關重要。科學家們提出并研究了在生命起源之前戊糖可能產生的各種方式，但目前的理論提出了一個問題:如果這些化合物壽命極短，那么戊糖是如何積累到足以參與生命前反應的數量的?

　　為了解決這個問題，ELSI的研究科學家易瑞琴領導的一個研究小組進行了一項研究，以尋找早期地球戊糖起源和持續供應的另一種解釋。他們探索了一個無酶的化學網絡，在這個網絡中，C6醛糖酸鹽(一種穩定的六碳碳水化合物)從各種益生元糖源中積累，然后轉化回戊糖。

　　提出的化學途徑從葡萄糖酸開始，葡萄糖酸是一種穩定的C6醛酸，在地球早期可能很容易通過已知的益生元基本糖的轉化獲得。下一步是C6醛酸非選擇性氧化生成脲酸鹽;這里的“非選擇性”是指氧化過程不區分無價結構中的不同碳原子，留下五種可能的氧化結果。

　　通過實驗和理論分析，研究人員深入研究了各種氧化產物，找出了反應網絡的細節。

　　有趣的是，他們發現，無論氧化發生在哪里，生成的脲酸鹽化合物總是會經歷稱為“羰基遷移”的分子內轉化，直到形成特定的化合物3-氧-脲酸鹽。一旦達到這個狀態，在H2O2和鐵催化劑的存在下，3-氧-脲酸鹽很容易通過β-脫羧轉化為戊糖，這兩種催化劑都與早期地球的條件相容。

　　在建立并測試了整個復雜的反應網絡后，研究人員注意到與現代生化途徑的重要相似之處。

　　“我們展示了一種非酶合成五碳糖的途徑，它依賴于化學轉化，讓人想起戊糖磷酸途徑的第一步，這是代謝的核心途徑，”第一作者易瑞琴說。

　　“這些結果證明，益生元糖合成可能與現存的生化途徑有重疊。”考慮到糖在現代新陳代謝中無處不在，所提出的反應網絡可能對第一個類生命系統的出現很重要。

　　這項研究的發現在天體化學和天體生物學的背景下是重要的。在默奇森隕石中發現了大量的醛糖酸鹽，這是1969年墜落到地球上的一顆著名的碳質隕石。

　　相比之下，在現代生物系統中發現的典型碳水化合物卻不在其中。這意味著醛醛酸鹽可以在地外環境中形成和積累，目前的研究表明，它們可能在生命的起源中發揮重要作用。“我們希望這項工作將塑造天體生物學的下一波浪潮，將重點放在所有捐贈研究上，”易補充說。

　　在未來的研究中，研究小組將關注C6醛醛酸鹽是否能在地球早期積累足夠的“營養物質”，以促進原始代謝的出現。首席研究員易瑞琴總結道:“我們想更多地了解這些醛酮酸是如何從經典的益生元糖反應中產生的，比如福爾摩斯反應和Kiliani-Fischer同源反應。”

　　值得注意的是，這些經典的益生元糖反應在現代代謝中沒有發現，因此，提出的非酶途徑可以作為早期糖和理論上第一個生命形式使用的碳水化合物之間急需的橋梁。