5月11日，《自然》發表的最新研究稱，化學家們已經解決了生命起源理論中的一個關鍵問題，他們證明了RNA分子可以將短鏈氨基酸連接在一起。德國杜塞爾多夫大學研究分子進化的Bill Martin表示，這一發現為探索早期化學進化開闢了廣闊而根本的新途徑。
研究人員受到核糖體的啟發，該圖顯示的是核糖體翻譯RNA鏈。圖片來源：Omikron/Science Photo Library
該研究支持在“RNA世界”假說基礎上的另一種說法，“RNA世界”假說認為，在DNA及其編碼的蛋白質進化之前，第一個生物體是基於RNA鏈的。標準理論認為，在“RNA世界”里，生命可能以複雜的原始RNA鏈形式存在，它們既能複製自己，又能與其他鏈競爭。後來，這些“RNA酶”可能進化出了製造蛋白質的能力，並最終將它們的遺傳信息轉化為更穩定的DNA。
但該過程是如何發生的仍舊是個問題，部分原因是單由RNA組成的催化劑的效率遠遠低於今天在所有活細胞中發現的蛋白質酶的效率。該研究通訊作者、德國慕尼黑大學有機化學家Thomas Carell認為，儘管發現了RNA催化劑，但它們的催化能力很差。
在研究這個難題時，研究人員受到RNA在所有現代生物體製造蛋白質過程中所起作用的啟發：編碼基因的RNA鏈（通常是由DNA鹼基序列複製而來）通過核糖體，核糖體一次生成一個氨基酸，形成相應的蛋白質。
與大多數酶不同，核糖體本身不僅由蛋白質組成，還由RNA片段組成，這些片段在合成蛋白質中起重要作用。此外，核糖體包含標準RNA核苷A、C、G、U的修飾版本。
研究人員通過連接活細胞中常見的兩段RNA，構建了一種合成RNA分子，其中包括兩種經過修飾的核苷。在第一個特異核苷位點，合成分子可以與一個氨基酸結合，然後氨基酸側移與鄰近的第二個特異核苷結合。隨後，研究人員分離了原來的RNA鏈，並引入了一個新的RNA鏈，該RNA鏈攜帶自己的氨基酸，並與之前附着在第二鏈上的氨基酸形成強共價鍵。
這個過程一步步地進行，生成了一條短的氨基酸鏈，即迷你蛋白質——肽，並附着在RNA上。氨基酸間化學鍵的形成需要能量，研究人員通過在溶液中用各種反應物激發氨基酸來提供能量。
Martin表示，這是一個非常令人興奮的發現。“不僅因為它為基於RNA的肽的形成指明了一條新路徑，該發現還揭示了自然發生的RNA修飾鹼基的新的進化意義。”Martin補充說，該結果表明RNA在生命起源中發揮了重要作用。
美國佐治亞理工學院生物物理化學家Loren Williams對此表示贊同，他認為，如果RNA的起源和蛋白質的起源是聯繫在一起的，而且它們的出現不是獨立的，那麼這就會從根本上轉向支持“RNA -蛋白質世界”，而遠離“RNA世界”。
為了證明這是一種合理的生命起源，科學家們必須進一步完成幾個步驟。該團隊RNA上形成的肽是由氨基酸的隨機序列組成的，而不是由存儲在RNA中的信息決定的。Carell說，更大的RNA結構可以摺疊成在特定位置“識別”特定氨基酸的形狀，產生確定的結構。這些複雜的RNA-肽混合物可能具有催化性能，並受進化壓力的影響，變得更有效率。Carell認為，如果分子可以複製，便會有類似微型有機體產生。
作者：辛雨 來源：中國科學報