挑战60年来主流假说,生命起源先有DNA还是先有RNA?

2020-07-21 | 见丰网
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挑战60年来主流假说,生命起源先有DNA还是先有RNA?

今天所有已知的有机体都使用同样的遗传分子来存储信息,也就是核酸。核酸有两种:DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。哪种遗传信息载体开启了地球上的生命,DNA还是RNA?科学家已为此争论了很久。一项最近发表在顶尖学术期刊《自然》上的研究首次通过实验表明,在生命之初或许两者都有,某些DNA和RNA的基本构件可以同时形成和共存于地球的“原始汤”中。

剑桥医学研究委员会(MRC)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——“RNA世界”理论,该理论产生于20世纪60年代并被广泛接受。

基因由DNA编写“说明书”,DNA把信息转录为RNA,而RNA携有制造蛋白质的说明。“RNA世界”理论认为,生命始于RNA分子:它既能储存说明,也可以像个简单机器一样运作,这使其具有自我复制的潜力。该理论认为,经过演化,RNA世界的生命让位于DNA和蛋白质的时代,因为DNA较RNA更为稳定持久。

在这项新研究中,研究者模拟了原始岩石地球上浅池的条件。他们将形成RNA的化学物质溶解于水中,随后进行干燥和加热,再模拟早期太阳的辐射将其暴露于紫外线中。

在这场对早期地球化学的再现之中,合成两种RNA基本组成部分的中间体同时也转化为DNA的两种基本组成部分。具体来说,核酸的四种基本构件,可以自相同条件及反应物中产生:胞苷(cytidine,C)和尿苷(uridine,U),是两种RNA的组成部分;脱氧腺苷(deoxyadenosine,dA),是DNA的组成部分。脱氧腺苷部分转化为脱氧肌苷(deoxyinosine,dI),是另一种DNA构件。

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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

“至关重要的是,两种DNA核苷可以与U和C形成碱基对。”《自然》刊发的评论指出,“因此,U、C、dA和dI构成了一个完整的遗传字母表。”这也可能是原始地球上最初的遗传字母表。

“RNA世界假说认为:生命始于RNA,后来发生了遗传替代——包括原始生物合成机制和自然选择——结果产生了DNA。” 领导此项工作的科学家John Sutherland教授说,“我们的工作表明,在与原始浅池一致的条件下,混合有RNA和DNA基本成分的遗传系统在生命的黎明是共存的。要让生命在地球上自发出现,这满足了一个很多人视作关键的前提。”

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图片来源:Pixabay

研究人员相信,这四种构件在生命演化出来以前已经共存,是原始遗传字母表的开端。Sutherland教授补充道:“核酸——RNA和DNA——互有关联,这项工作表明它们是从某个混合先祖分化而来,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反之,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搞清楚:核酸存储和传递的那些信息,一开始如何被用于制造蛋白质。”

理解生命的化学起源是自然科学的基础,并且能为未来合成生物学设计带来启迪。MRC分子和细胞医学部门主管Megan Dowie博士评论说,“这项研究表明,无法立即得到应用的所谓‘蓝天研究’能揭示生命起源之初的迷人见解,也展现了支持基础研究的重要性。生命科学的这类基础性发现,将使人工生物学激动人心的未来战略成为可能。”

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