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这可能是生命的“缺失成分”

美国宇航局/美国地质调查局/诺曼库林/凯瑟琳汉森,

数十亿年前,在一个没有生命和混乱的地球上的分子混合,形成了第一生命形式。很久以后,一种更大、更聪明的生命形式正蜷缩在实验室实验中,试图了解自己的起源。

一些人说生命是从简单的分子链中产生的,另一些人说早期的化学反应形成了自我复制的RNA。RNA是DNA的一个亲戚,充当着基因信息的解码器或信使。【生命起源的7种理论】

一项新的研究为RNA的概念提供了证据,这就是所谓的“RNA世界假说”。但是早期RNA中至少有一种成分可能与现代形式中发现的不同,12月3日,一群科学家在《美国国家科学院院刊》上发表了一篇报道:

现代RNA,连同其糖和磷酸盐骨架,由四个主要的组成部分组成:腺嘌呤(a)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G),和尿嘧啶(U)。

但是结果发现早期的RNA可能有一个不属于现代形式的核碱基。

在小塑料管里,研究人员把水,一点盐,缓冲液来保持酸碱度和镁离子来加速反应。这些条件类似于淡水湖或池塘,火山口湖,或者像黄石国家公园这样的火山区发现的湖泊或池塘——所有生命可能起源的地方。

研究人员随后添加了一小块RNA,称为引物,附着在称为模板的较长RNA上。当一个引物通过碱基配对复制模板RNA时,产生新的RNA。碱基之间唯一匹配;C只与G结合,A只与U结合。

研究人员添加了碱基(A,C,G和U),以便它们能与模板结合,从而延伸较短的片段,即引物。结果表明,用现代RNA的成分,反应的速度不够快,RNA不能正确地形成和复制。

,但随后,研究人员在混合物中加入了另一种化学物质,称为肌苷,而不是鸟嘌呤基分子。在那之后,研究人员惊奇地发现,RNA的形成和复制比鸟嘌呤的混合物更精确。

这种混合物并没有造成所谓的“错误灾难”,也就是说,复制过程中的突变或随机错误保持在一个阈值以下,加州大学圣克鲁斯分校的生物学家戴维迪默(David Deamer)说,确保它们在积累前被消除。

“肌苷的添加克服了错误突变的问题,这是对分子重要性的一个重要测试,”他并没有参与这项研究。迪默说,他唯一的疑问是,肌苷在制造原始RNA时比其他替代碱基更合理。他还不认为其他碱基应该被排除在外,因为“这是一个相当广泛的主张……基于一种高度特异的化学反应,”迪默告诉《生命科学》杂志

,但由于肌苷可以很容易地从另一种碱基对腺嘌呤中提取,英国分子生物学MRC实验室分子生物学的化学研究者John Sutherland说,它使起源生命的过程比“从头开始鸟嘌呤”更容易。萨瑟兰对《生活科学》杂志说:“这些发现打破了肌苷不可能有用的传统观念。”。肌苷之所以赢得这一声誉,是因为它以一种称为转移RNA的RNA形式工作,这种RNA可以解码遗传信息。

肌苷被认为是“摇摆不定”的,或与各种碱基对结合,而不是单一碱基对。这将使它成为一个糟糕的分子,无法给出形成新RNA的独特指令,因为肌苷与什么结合还没有明确的方向。所以,“我们很多人错误地认为作为肌苷的固有特性,”萨瑟兰说。但这项研究表明,在RNA最初出现的早期世界背景下,肌苷并不摇晃,而是与胞嘧啶可靠地配对,他补充道,

“现在都有意义了,但根据以前的研究结果,我们没想到肌苷会像以前那样起作用,”研究资深作者杰克·绍斯塔克说,哈佛大学化学和化学生物学教授,同时也是诺贝尔奖获得者。

绍斯塔克和他的团队现在正试图弄清楚原始RNA与现代RNA还有什么不同,以及它如何最终转变为现代RNA。同时,他们的实验室主要关注RNA分子在酶进化之前是如何复制的。(酶是加速化学反应的蛋白质。)

“这是一个很大的挑战,”绍斯塔克告诉《生活科学》我们已经取得了很多进展,但仍有许多谜题尚未解决。

萨瑟兰还指出,该领域通常正在从一个纯粹的“RNA世界假说”进入一个可以看到更多成分混合到创造生命的釜中的假说。这些包括脂质、肽、蛋白质和能源。他补充说,在研究人员的心目中,“这是一个比以前更少纯粹的RNA世界。”

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