地球上的生命起源一直吸引著科學家們,但回顧數十億年前的歷史並非易事。現在,有越來越多的證據支持一種相對較新的假設,即生命是如何開始的:RNA和DNA的精確混合。
RNA和DNA都決定了所有生物的基因組成,DNA被認為是基因藍圖,RNA被認為是藍圖閱讀器或解碼器。很長一段時間以來,人們認為RNA是在地球上首先發展起來的,而DNA是在地球上隨後進化而來的——但越來越多的證據表明,它們可能是同時出現的,而且兩者都參與了地球生命的啟動。
支持這一想法的最新研究解釋了簡單的化合物磷酸二氨基酯(DAP)——它可能早於地球上的生命——如何將DNA構建基塊(稱為脫氧核苷酸)編織成基本的DNA鏈。
加利福尼亞州的化學家拉曼納拉揚·克裡希那穆提(Ramanarayanan Krishnamurthy)在斯克裡普斯研究所(Scripps Research)表示:「這一發現是朝著建立地球上第一生命形式起源的詳細化學模型邁出的重要一步。」
這一發現進一步證實了這樣一種觀點,即DNA和RNA都是在我們星球上生命誕生之初由同一種化學反應共同發展而來的,而且第一批自我複製的分子可能是這兩種核酸的混合物,而不僅僅是RNA,正如更為成熟的「RNA世界」假說所建議的那樣。
認為RNA單獨導致了地球上的生命出現這一觀點的一個重大問題是,RNA如何能夠通過必要的自我複製過程——RNA通常需要酶來分裂,而酶是在RNA之後進化的。
據我們目前所知,似乎RNA在工程生命中起到了某種幫助作用——最新的實驗表明,DNA很可能就是它,創造出「嵌合」分子鏈,比單獨使用RNA更容易分離。
研究人員進行的一系列實驗室測試模擬了地球生命誕生之前可能發生的事情,並展示了磷酸二氨基酯(DAP)是如何可行地形成基本DNA的,其方式與RNA從化學構建塊中聚合的方式大致相同。
斯克裡普斯研究中心的化學生物學家艾迪·吉梅內斯說:「我們驚奇地發現,當脫氧核苷並非完全相同,而是通過不同的DNA字母(如A和T,或G和C)混合而成時,使用磷酸二氨基酯(DAP)與脫氧核苷反應的效果更好。」
考慮到數十億年前發生的這一點,我們可能永遠無法確定DNA是否幫助RNA形成了我們星球上的第一個生命形式,但我們對這些過程的理解仍在不斷發展。
這項研究不僅在它與生命起源的關係方面是有用的,而且對RNA-DNA關係的洞察在現代化學和生物學中有著廣泛的應用。
克裡希那穆提(Krishnamurthy)說:「既然我們更好地理解了原始化學是如何產生第一批RNA和DNA的,我們就可以開始在核糖核苷和脫氧核苷構建塊的混合物上使用它,看看嵌合分子是如何形成的,以及它們是否能自我複製和進化。」
這項研究已發表在德國《應用化學(Angewandte Chemie)》期刊上。