挑战过去60年的主流假说 生命的起源首先有DNA还是RNA?

2020-07-08 12:29 来源:新浪科技综合

资料来源:学术经纬

今天所有已知的生物体都使用相同的遗传分子来储存信息,即核酸。有两种核酸:脱氧核糖核酸和核糖核酸。哪种遗传信息载体开启了地球上的生命,脱氧核糖核酸还是核糖核酸?科学家们对此争论了很长时间。

发表在顶级学术期刊《自然》上的一项最新研究首次表明,生命开始时可能同时存在两种物质,而DNA和核糖核酸的一些基本成分可以同时在地球的“原始汤”中形成并共存。

剑桥医学研究委员会分子生物学实验室(LMB)的这项工作挑战了关于生命起源的主流假说——“核糖核酸世界”理论,该理论诞生于20世纪60年代并被广泛接受。

基因由脱氧核糖核酸写成“指令”,脱氧核糖核酸将信息转录成核糖核酸,核糖核酸携带制造蛋白质的指令。根据“核糖核酸世界”的理论,生命始于核糖核酸分子:它能储存指令,像一台简单的机器一样工作,这使它具有自我复制的潜力。根据这一理论,在进化之后,核糖核酸世界的生命让位给了脱氧核糖核酸和蛋白质的时代,因为脱氧核糖核酸比核糖核酸更稳定、更持久。

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图片来源:在这项新的研究中,研究人员模拟了原始岩石地球上浅水池的条件。他们将形成核糖核酸的化学物质溶解在水中,干燥并加热,然后通过模拟早期太阳的辐射将它们暴露在紫外线下。

在早期地球化学的重现中,合成核糖核酸两种基本成分的中间体也转化为脱氧核糖核酸的两种基本成分。具体地说,核酸的四个基本构件可以由相同的条件和反应物产生:胞苷(C)和尿苷(U),它们是两种核糖核酸的成分;脱氧腺苷是脱氧核糖核酸的一个组成部分。脱氧腺苷被部分转化为脱氧肌苷,脱氧肌苷是另一种DNA构建模块。

模拟早期地球化学的实验产生了2种核糖核酸构件和2种脱氧核糖核酸构件

模拟早期地球化学的实验产生了两种核糖核酸构件和两种脱氧核糖核酸构件。“两种脱氧核糖核酸核苷能与铀和碳形成碱基对是非常重要的。”发表于《自然》的评论指出,“因此,铀、碳、脱氧核糖核酸和脱氧核糖核酸构成了一个完整的遗传字母表。”它也可能是原始地球上的原始遗传字母表。

“核糖核酸世界假说认为生命始于核糖核酸,然后发生遗传替代,包括最初的生物合成机制和自然选择,产生了脱氧核糖核酸。”领导这项工作的科学家约翰萨瑟兰教授说:“我们的工作表明,在生命的黎明明,混合有核糖核酸和脱氧核糖核酸基本成分的遗传系统在与原始浅水池相同的条件下共存。让生命自发地出现在地球上满足了一个前提,许多人认为这是关键。”

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图片来源:皮克斯贝的研究人员认为,这四种成分在生命进化之前就共存了,这是原始遗传字母表的开始。萨瑟兰教授补充道:“核酸——核糖核酸和脱氧核糖核酸——是相互关联的。这项工作表明,它们是从一个混合祖先分化出来的,而不是一个产生另一个。”

“遗传信息总是从核酸到蛋白质,而不是从蛋白质到核酸,这被称为分子生物学的‘中心法则’。因此,我们现在需要做的是弄清楚由核酸储存和传递的信息最初是如何被用来制造蛋白质的。”

理解生命的化学起源是自然科学的基础,它可以给未来的合成生物学设计带来启示。医学研究中心分子和细胞医学部门的负责人梅根道伊博士评论道:“这项研究表明,所谓的‘蓝天研究’,不能立即应用,可以揭示生命起源之初的迷人见解,也显示了支持基础研究的重要性。生命科学的这些基本发现将使人工生物学令人兴奋的未来战略成为可能。”