地球生命真的起源於「RNA世界」嗎?

2021-01-09 科技工作者之家

地球生命的起源故事也許將被一項新研究改寫。近日，美國斯克裡普斯研究中心的化學家們在《德國應用化學》雜誌上發表論文稱，一種名為磷酸二胺（DAP）的簡單化合物在生命出現之前似乎就已經存在於地球上，它可以用化學方法將脫氧核糖核苷構建為原始的DNA鏈。

新發現表明，DNA和RNA可能是類似化學反應的產物，第一批自我複製的分子就是這兩種物質的混合物。這不僅回答了地球生命起源的重要問題，還為探索自我複製的DNA-RNA混合物如何在原始地球上進化、傳播並最終形成更成熟的現代生物鋪平了道路。

論文通訊作者、斯克裡普斯研究所的化學副教授Ramanarayanan Krishnamurthy博士說：「我們一直想建立地球最初生命形式起源的詳細化學模型，這一發現是我們邁出的重要一步。」

幾十年來主導生命起源的化學假說（「RNA世界」假說）認為，RNA是初代複製因子的基礎，DNA則是後來RNA生命形式的產物。但Krishnamurthy等人認為，雖然RNA可以很好地利用核糖核苷形成互補鏈，但它們不太善於從模板鏈中分離並複製其他新鏈。也就是說，由於「粘性」太強，RNA無法完成生命基礎的自我複製。

在新研究中，研究人員指出，DNA和RNA的「嵌合」鏈也許能夠解決這個問題，它們可以用一種「不太粘」的方式來製造互補鏈，彼此相對容易分離。而此前科學家們已經證實，RNA和DNA的組成部分（核糖核苷和脫氧核糖核苷）在地球早期生態中很可能在非常相似的化學條件下產生。由此，生命起源於DNA-RNA混合物的說法有了堅實的理論支撐。

另外，研究人員在2017年曾報告稱，有機化合物DAP可能發揮了關鍵作用，它會修飾核糖核苷酸，並將其串成RNA鏈。第一批RNA鏈就此誕生。新研究表明，在類似條件下，DAP也可以「加工」DNA。當脫氧核糖核苷為不同鹼基混合物時，DAP與脫氧核糖核苷的反應效果更好。

Krishnamurthy說：「我們更好地理解了產生初代RNA和DNA的原始化學反應，現在我們還可以將其用於混合DNA和RNA構建模塊，看看形成了哪些嵌合分子，這些分子又能否自我複製、進化。」研究人員還指出，這項工作可能有廣泛的實際應用前景。用於COVID-19檢測的「PCR」技術使用了一種相對脆弱的酶來人工合成DNA和RNA，存在許多局限性。因此，用不含酶化學方法製造DNA和RNA將更具吸引力。

科界原創

編譯：花花

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《德國應用化學》

期刊編號：1433-7851

原文連結：

https://phys.org/news/2020-12-discovery-boosts-theory-life-earth.html

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