图 | 新加入的氨基酸扩展了原先氨基酸的空间（来源：Journal of Systems Chemistry）
所以，如果目前这组氨基酸并非随机出现，而是充分选择出来的，那么是否有可能找到这些氨基酸进入生物的顺序？“目前有一项共识，这些氨基酸并不是所有都同时进入生物界，我认为这一观点目前是压倒性的，”Freeland 说。而以色列海法大学进化研究所的分子生物物理学家 Edward Trifonov 则尝试找出这些氨基酸完整的顺序。Trifonov 在 21 世纪 00 年代早期发现的多种 DNA 的新型编码引起了他对氨基酸的兴趣和注意。
很明显的是，最简单的氨基酸应出现得最早，但 Trifonov 更进一步。他研究了多种条件，包括合成的能量成本，搬运氨基酸的转运 RNA 分子类型以及用于蛋白合成的密码子的数量，密码子是指与某一氨基酸对应的 3 个 RNA 核苷酸序列。他认为，那些有多个密码子对应的氨基酸很可能比只有一个密码子的氨基酸要更早出现在生命中。他还对数据进行了平均，并提出了一个从丙氨酸和甘氨酸开始的时间顺序。
图 | Trifonov 推测的密码子年代表（来源：Journal of Biomolecular Structure and Dynamics）
Freeland 也研究了氨基酸适应早期环境和后来环境的不同模式的变化。他发现在最开始的 10 个氨基酸构成的化学空间就已经体现出非随机的性质，这与陨石或米勒-尤里实验中非生命氨基酸形成对比。然后，他将完整的 20 个氨基酸加入了化学空间，“后续进入生命的氨基酸通过加大化学性质范围和分布均匀性，扩大了早期的化学空间，而最有趣的是，它们似乎填充了原本较为空旷的区域，即在早期氨基酸和早期二聚体之间的位置，”他说，“这能讲得通，因为这正是需要填充的地方。”
大氧化事件扩展了氨基酸密码我们知道，蛋白也可以由更少类型的氨基酸构成。日本早稻田大学赤沼哲史团队最近展示了由 13 种氨基酸构成的折叠的、可溶的、稳定具有催化活性的“蛋白质”，虽然新蛋白并没有它的母蛋白那么高活性和稳定性。所以，新增加的氨基酸可能对蛋白性质有哪些提高？Moosmann 认为，氧分子驱动新的 6 种氨基酸进入生命。
这最后 6 种氨基酸（组氨酸，苯丙氨酸，半胱氨酸，蛋氨酸，色氨酸和酪氨酸）的化学性质更“软”——这些氨基酸强烈的可极化并以共价键结合。“它们更具有适应性，这不只是巧合。”Moosmann 说。这一想法在 Moosmann 对小鼠大脑组织的研究时出现，Moosmann 的研究涉及神经退行性疾病。他注意到，一些氨基酸更容易发生氧化降解。
图 | 大氧化事件后新加入的 6 种氨基酸化学性质更“软”（来源：PNAS）
如果这些氨基酸是由于氧化还原活性进入生命的，那么 Moosmann 预感，这些适应性与地球上氧分子水平的增加有关。氧气目前已经被认为是地球环境的一部分，这是因为在大约 25 亿年前，地球曾出现一次“大氧化事件”，而最初生命起源于低氧化环境，因而那些能够在低氧环境形成的产物可能出现得更早。基于最近对光合作用酶进化的研究，英国伦敦帝国理工学院的 Tanai Cardona 认为，合成光合作用合成氧的起源可追溯到 36 亿年前。
随后他决定进一步探究生物氨基酸中，最高占据分子轨道（Homo）和最低未占分子轨道（Lumo）之间的能带隙。这些能带隙能够预测化合物电子转移的反应活性。这些氨基酸的能带隙共有相似的模式，而在对氧的新适应性特征出现后，也就是第 14 种氨基酸出现以后，这一模式被打破，这很可能不只是一个巧合！”
图 | 不同氨基酸的能带隙（来源：PNAS）
新出现的氨基酸更小的能带隙表明，它们的基础功能是适应氧化还原反应。Moosmann 认为，这是在具有氧自由基的环境中所需要的，新环境对脂质具有破坏性。而更“软”的氧化还原活性氨基酸可以保护细胞：“这些新的氨基酸类型可以在更高氧浓度环境、或倾向于攻击和降解不饱和脂肪酸的环境中，用来维持磷脂双分子层的完整性。”Moosmann 说。“对于甲硫氨酸、色氨酸和酪氨酸来说，我们有压倒性的证据证明它们与应对氧环境有关。”
然而这又引起了另一个问题：是否我们最后的共同祖先已经在用和我们现代生物一样的整套氨基酸？一项 2016 年的研究鉴定了 355 个基因，这些基因被认为存在于名为 Luca 的生物体中。Moosmann 说，Luca 可追溯至 37 到 29 亿年前，所以很可能氧已经存在。“这项研究的结果也确实发现，Luca 有少于 20 个氨基酸。”他认为更晚的基因编码加入了之后所有的现代生物支线：“我猜测，Luca 有 17-18 种氨基酸，缺少甲硫氨酸、色氨酸，可能还有酪氨酸。”
