通過修補一些生命中最古老的成分,天體生物學家希望找到有關生命如何出現的線索。
研究人員在最近的一篇文章中報告了一項意外發現,暗示了一種阻止生物體達到進化「完美狀態」的作用。
亞利桑那大學科研人員在天體生物學中使用合法的科學方法,被稱為祖先測序的想法是從生命的曙光中「復活」基因序列,使其在現代微生物的細胞途徑中發揮作用,想像侏羅紀公園但用滅絕的基因代替恐龍,並研究生物體如何應付。
在最近發表於《美國國家科學院院刊》上的一篇論文中,研究團隊報告了一個出乎意料的發現:進化似乎並不擅長多任務處理。
科研人員使用祖先測序來找出導致生命的因素,以及進化選擇壓力如何塑造生物。
反過來,所獲得的見解可以提供有關有機前驅物分子產生生命所需要的線索,無論是在地球上還是在遙遠的世界上。在實驗室裡,他們擅長設計像微型隱形扳手一樣工作的分子,利用精緻的細胞機制破壞生物,使生物能夠進食、移動和繁殖。
他們將注意力集中在翻譯機器上,這是一種迷宮式分子發條,可將細菌DNA中編碼的信息翻譯成蛋白質。
從微生物到藻類再到樹木再到人類,所有生物都在其細胞中擁有這種機械。
根據現在的情況來估算過去的一切,所有生命都需要一個編碼系統,一種能夠吸收信息並將其轉變為可以執行任務的分子的系統,而翻譯機制正是這樣做的,這就是為什麼他們將其視為在很大程度上仍保留著化石的原因如果我們在其他地方找到了生活,他們首先要看的是它的信息處理系統,而轉換機制就是這樣。
對地球生命的轉化機制是如此關鍵,以至於在超過35億年的進化過程中,其組成部分幾乎沒有發生實質性變化,科學家將其稱為「凍結在時間上的進化事故」。
研究人員採用了六種不同的大腸埃希氏菌菌株,並對它們的翻譯機制發生突變的成分進行了基因改造,他們的目標是通過將穿梭蛋白與其他微生物(包括大約7億年前的重建祖先)獲得的進化表親交換來為單元提供遺傳信息。
接下來,研究小組通過操縱細菌菌株相互競爭來模擬進化過程,就像「飢餓遊戲」的微生物版本一樣,一千代後,有些菌株比預期的要好,但是,科研團隊精確分析細菌如何應對其翻譯成分中的擾動時,他們發現了一些出乎意料的事情:最初,自然選擇改善了受損的翻譯機制,但在該機制的性能完全恢復之前,它的重點轉移到了其他細胞模塊上。
科研人員認為進化的這一特徵可能是任何自組織系統的特徵,他們懷疑這一原理在生物等級的各個層面上都有對應,可以追溯到生命的開始,甚至可能還可以追溯到生命尚未實現的益生元時代。