生命起源比想像得更複雜,科學家認為「原始湯」中有DNA和RNA

2020-11-23 騰訊網

對於最初的生命是如何出現的，科學家一直有許多不同的觀點。

生命從「原始湯」中出現

構成生命的最重要的物質：DNA、RNA、蛋白質，它們之間構成了極其複雜的化學反應網絡。今天，所有已知的生物都使用同樣的遺傳分子 - 核酸 - 來存儲信息。有兩種核酸：DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。DNA負責編碼基因中的遺傳信息，RNA通常由DNA轉錄生成，遺傳基因通過RNA轉化為功能性的蛋白質，蛋白質可以構成細胞中的結構以及充當分子機器。

DNA、RNA和蛋白質

RNA通常是單鏈分子，它是由核糖核苷酸分子縮合而成長鏈大分子。核糖核苷酸分子由磷酸、核糖和鹼基構成。由四種鹼基組成，分別是A（腺嘌呤）、U（尿嘧啶）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）。

DNA的區別是，它是由脫氧核糖核苷酸分子縮合而成長鏈大分子。脫氧核糖核苷酸分子由磷酸、脫氧核糖和鹼基構成。由四種鹼基組成，分別是A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）四種。除了胸腺嘧啶取代了尿嘧啶之外，其他都是相同的。

核鹼基、RNA和DNA

現存生物所使用的遺傳信息複製系統和能量代謝體系都需要DNA、RNA和蛋白質這三種生物大分子之間的緊密合作，可以說是缺一不可。很難想像原始生命會一次到位發展出一個如此複雜的系統，這顯然不符合常理。

我們知道RNA穩定性比DNA稍差，不過相對簡單一點。另外，科學家還發現RNA分子也具有跟DNA類似的遺傳信息儲存功能，以及類似蛋白質的催化能力。如果生命總是從簡單到複雜，那麼RNA很可能比DNA先出現。因此，上世紀60年代，一個叫做「RNA世界」的假說出現了，經過幾十年的發展，現在已被廣泛接受。

RNA世界說

假說認為，地球上早期的生命分子以RNA形式先出現，之後才有蛋白質和DNA。再往後，因為DNA比RNA更穩定，隨著生命形式的不斷進化，RNA世界的生命最終讓位於包含了DNA、RNA和蛋白質新生命。

不過，劍橋大學分子生物學實驗室(LMB)的科學家提出了不同的想法，而且，他們第一次通過實驗驗證了RNA和DNA的基本組成模塊是可以在早期地球的「原始湯」中自發形成並共存的。

在科學家實驗室中模擬了原始地球中包括了巖石與淺水池塘的環境。他們在水中溶解的能夠合成RNA的化學物質，讓他們乾燥來模擬水分蒸發，之後加熱模擬氣溫變化，最後再加上類似早期陽光的紫外線輻射。

實驗結果中出現了跟遺傳物質相關的化合物：胞苷、尿苷、脫氧腺苷、脫氧肌苷。胞苷是胞嘧啶+核糖+。尿苷是尿嘧啶+核糖+。脫氧腺苷是腺嘌呤+脫氧核糖，脫氧腺苷還能夠部分轉化為脫氧肌苷，脫氧肌苷含了一個鹼基叫做次黃嘌呤，可以代替鳥嘌呤與胞嘧啶配對。

這四種化合物，其中胞苷和尿苷能夠形成RNA，脫氧腺苷、脫氧肌苷能夠形成DNA，對於比今天的生命簡單得多的早期生命，這些很可能就足夠用了。

實驗生成的遺傳物質化合物

這個科學發現，首先挑戰了RNA世界說，證明了原始地球也可以存在更複雜，更有利於複雜生命產生的化學環境。

既然有了遺傳物質，科學家為下一步研究設立了目標，就是揭示這些核酸如何製造蛋白質的。如果蛋白質也能造出來的話，基本上生命化學起源的路徑就完整了。

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