《自然》5月11日發(fā)表的一項(xiàng)最新研究稱，化學(xué)家已經(jīng)解決了生命起源理論中的一個(gè)關(guān)鍵問題，證明了RNA分子可以將短鏈氨基酸連接在一起。

德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)研究分子進(jìn)化的Bill Martin表示，這一發(fā)現(xiàn)為探索早期化學(xué)進(jìn)化開辟了廣闊而全新的途徑。

該研究支持了在“RNA世界”假說基礎(chǔ)上的另一種說法。“RNA世界”假說認(rèn)為，在DNA及其編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)化之前，第一個(gè)生物體是基于RNA鏈的。標(biāo)準(zhǔn)理論認(rèn)為，在“RNA世界”里，生命可能以復(fù)雜的原始RNA鏈形式存在，它們既能復(fù)制自己，又能與其他鏈競(jìng)爭(zhēng)。后來，這些“RNA酶”可能進(jìn)化出了制造蛋白質(zhì)的能力，并最終將它們的遺傳信息轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的DNA。

但該過程是如何發(fā)生的仍舊是個(gè)謎，部分原因是僅僅由RNA組成的催化劑的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于今天在所有活細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)酶的效率。該研究通訊作者、慕尼黑大學(xué)有機(jī)化學(xué)家Thomas Carell認(rèn)為，盡管發(fā)現(xiàn)了RNA催化劑，但它們的催化能力依然很差。

在研究這個(gè)難題時(shí)，研究人員受到RNA在所有現(xiàn)代生物體制造蛋白質(zhì)過程中所起作用的啟發(fā)：編碼基因的RNA鏈(通常是由DNA堿基序列復(fù)制而來)通過核糖體生成一個(gè)氨基酸，形成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。

與大多數(shù)酶不同，核糖體本身不僅由蛋白質(zhì)組成，還由RNA片段組成，這些片段在合成蛋白質(zhì)中起重要作用。此外，核糖體包含標(biāo)準(zhǔn)RNA核苷A、C、G、U的修飾版本。

研究人員通過連接活細(xì)胞中常見的兩段RNA，構(gòu)建了一種合成RNA分子，其中包括兩種經(jīng)過修飾的核苷。在第一個(gè)特異核苷位點(diǎn)，合成分子可以與一個(gè)氨基酸結(jié)合，然后氨基酸側(cè)移與鄰近的第二個(gè)特異核苷結(jié)合。隨后，研究人員分離了原來的RNA鏈，并引入了一個(gè)新的RNA鏈，該RNA鏈攜帶自己的氨基酸，并與之前附著在第二個(gè)RNA鏈上的氨基酸形成強(qiáng)共價(jià)鍵。

這個(gè)過程一步步進(jìn)行，最終生成了一條短的氨基酸鏈，即迷你蛋白質(zhì)——肽，并附著在RNA上。氨基酸間化學(xué)鍵的形成需要能量，研究人員則通過在溶液中用各種反應(yīng)物激發(fā)氨基酸來提供能量。

Martin表示，這是一個(gè)非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)。“不僅因?yàn)樗鼮榛赗NA的肽的形成指明了一條新路徑，還揭示了自然發(fā)生的RNA修飾堿基的新的進(jìn)化意義。”Martin補(bǔ)充說，該結(jié)果表明RNA在生命起源中發(fā)揮了重要作用。

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院生物物理化學(xué)家Loren Williams對(duì)此表示贊同。他認(rèn)為，如果RNA的起源和蛋白質(zhì)的起源是聯(lián)系在一起的，而且它們的出現(xiàn)不是獨(dú)立的，那么這就會(huì)從根本上支持“RNA —蛋白質(zhì)世界”，而遠(yuǎn)離“RNA世界”。

為了證明這是一種合理的生命起源，科學(xué)家必須進(jìn)一步完成幾個(gè)步驟。該團(tuán)隊(duì)在RNA上形成的肽是由氨基酸的隨機(jī)序列組成的，而不是由存儲(chǔ)在RNA中的信息決定的。Carell說，更大的RNA結(jié)構(gòu)可以折疊成在特定位置“識(shí)別”特定氨基酸的形狀，產(chǎn)生確定的結(jié)構(gòu)。這些復(fù)雜的RNA—肽混合物可能具有催化性能，并受進(jìn)化壓力的影響，變得更有效率。Carell認(rèn)為，如果分子可以復(fù)制，便會(huì)有類似微型有機(jī)體的生物產(chǎn)生。(辛雨)

關(guān)鍵詞： 生命世界起源 短鏈氨基酸 蛋白質(zhì)進(jìn)化 編碼基因