文/陳根
138億年前,宇宙大爆炸。這是所有歷史日期的開端,是創(chuàng)世故事開始的地方。46億年前,地球誕生。6億年后,在早期的海洋中,出現(xiàn)了最早的生命,生物開始了由原核生物向真核生物復(fù)雜而漫長的演化。不過,一直以來,生命的起源都是個未解之謎。
研究至今,人們大概只知道DNA是生物的基板,因?yàn)镈NA帶有構(gòu)建、操作生物體的各種遺傳訊息,而RNA則充當(dāng)信使分子,從DNA分子那里復(fù)制遺傳指令,然后傳遞到稱為核糖體的細(xì)胞分子工廠,當(dāng)這座工廠讀取RNA遺傳信息后,便開始合成特定蛋白質(zhì)。
也就是說,所有機(jī)體都是使用的同樣的遺傳分子——DNA和RNA來存儲信息。長期以來,人們假設(shè)RNA作為DNA的一種前體——如果這些簡單的分子存在于早期地球的“原始湯”中,它們可能已經(jīng)開始自我復(fù)制并多樣化為一系列的形式。隨著分子變得更加復(fù)雜,RNA最終可能產(chǎn)生了帶有DNA分子的細(xì)胞并孕育了我們今天看到的所有生命形式。
支持該假設(shè)的理論包括:RNA能自我復(fù)制,滿足遺傳物質(zhì)傳遞遺傳信息的要求;RNA既可作為核糖體結(jié)構(gòu)的重要組成部分,又能在遺傳信息的表達(dá)過程中作為DNA與蛋白質(zhì)之間的信息紐帶;科學(xué)家在原生動物四膜蟲等生物中發(fā)現(xiàn)了核酶后,又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)合成過程和mRNA的加工過程中均有核酶參與。
盡管這種解釋非常巧妙,但RNA分子是否真的能經(jīng)歷這種進(jìn)化仍是未知數(shù)。實(shí)際上,這一假說并非沒有問題。例如,RNA是一個非常脆弱的分子,特別是當(dāng)它變長時。此外,目前還不清楚RNA分子與蛋白質(zhì)世界的聯(lián)系是如何產(chǎn)生的,正如人們所知,遺傳物質(zhì)為其提供了藍(lán)圖。
現(xiàn)在,發(fā)表在《自然》雜志上的一篇新論文所述,Carell的工作小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種可能發(fā)生這種聯(lián)系的方式。
首先,RNA本身是一個復(fù)雜的大分子。除了編碼遺傳信息的四個經(jīng)典堿基A、C、G和U之外,它還包含非經(jīng)典堿基,其中一些具有非常不同的結(jié)構(gòu)。這些非信息編碼的核苷酸對RNA分子的運(yùn)作非常重要。
目前,研究人員已掌握了120多種這樣的修飾過的RNA核苷。Carell小組認(rèn)為,這些非經(jīng)典的核苷是關(guān)鍵成分,使RNA世界與蛋白質(zhì)世界聯(lián)系起來。
研究人員表示,這些分子化石中的一些當(dāng)位于RNA中時,可以用單個氨基酸或甚至小的氨基酸鏈(肽)來“裝飾”自己。當(dāng)氨基酸或肽碰巧與RNA同時存在于一個溶液中時,這導(dǎo)致了小型嵌合RNA-肽結(jié)構(gòu)。
在這樣的結(jié)構(gòu)中,與RNA相連的氨基酸和肽隨后甚至相互反應(yīng),形成越來越大、越來越復(fù)雜的肽。Carell說表示“通過這種方式,我們在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造了可以編碼遺傳信息的RNA-肽顆粒,甚至形成了加長的肽”。
因此,古老的化石核苷有點(diǎn)類似于RNA中的核,形成一個核心,長肽鏈可以在此基礎(chǔ)上生長。在RNA的一些鏈上,肽甚至在幾個點(diǎn)上生長。根據(jù)新的理論,一開始的一個決定性因素是RNA分子的存在,它可以用氨基酸和肽“裝飾”自己,從而將它們連接成更大的肽結(jié)構(gòu)。
也就是說,RNA至少有可能經(jīng)歷進(jìn)化并導(dǎo)致復(fù)雜的生命,盡管這并不一定證實(shí)它在現(xiàn)實(shí)世界中就是這樣發(fā)生的。隨著我們對生命科學(xué)的研究越來越深入,新的研究、新的發(fā)現(xiàn)或許在很大的程度上會不斷的改寫我們對已有知識體系的認(rèn)知。
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