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向“RNA世界”假說發(fā)起挑戰(zhàn),地球首個生命由RNA-DNA混合產(chǎn)生
發(fā)布時間:2021.01.04        閱讀次數(shù):

DNA示意圖。

圖片來源:《每日科學(xué)》雜志

科技日報實(shí)習(xí)記者?張佳欣

近日,美國斯克里普斯研究所科學(xué)家在化學(xué)研究領(lǐng)域核心期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表論文稱,一種名為苯基磷二酰胺(DAP)的簡單化合物在生命出現(xiàn)之前可能就已存在于地球上,它可以通過化學(xué)手段將名為脫氧核苷酸的微小DNA結(jié)構(gòu)單元編織在一起,形成原始的DNA鏈。

該發(fā)現(xiàn)指出了DNA與RNA作為相似化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物一起出現(xiàn)的可能性,而第一批自我復(fù)制的分子,即地球上第一批生命的形式,正是這兩種分子的混合體。近幾十年來,“RNA世界”假說在生命化學(xué)領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位,認(rèn)為早期生命分子完全基于RNA,而DNA僅在后來作為RNA進(jìn)化的產(chǎn)物才出現(xiàn)。而本次發(fā)現(xiàn)對該假說提出了挑戰(zhàn),進(jìn)一步解釋了地球生命是如何起源的這一古老問題。

一條RNA鏈可以吸引其他單個RNA結(jié)構(gòu)單元,粘附在RNA鏈上形成一種鏡像鏈。如果新鏈可以脫離模板鏈,并開始通過相同的過程作為模板結(jié)合其他新鏈,那么它就實(shí)現(xiàn)了構(gòu)成生命的自我復(fù)制的“壯舉”。

然而RNA鏈可能擅長結(jié)合互補(bǔ)鏈,但卻不太擅長與這些鏈分離。現(xiàn)代生物體產(chǎn)生的酶可迫使RNA(或DNA)雙鏈分開成兩條,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)制,但目前尚不清楚在沒有酶的世界里如何做到這一點(diǎn)。

該研究資深作者、斯克里普斯研究所化學(xué)副教授克里希納穆爾蒂指出,部分DNA和部分RNA的“嵌合”分子鏈或解決了這個問題,因?yàn)樗鼈兛梢砸环N粘性較小的方式結(jié)合互補(bǔ)鏈,從而使它們相對容易分離。

在過去的研究中,科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),簡單的核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸(分別是RNA和DNA的構(gòu)成單元),可能是在早期地球非常相似的化學(xué)條件下產(chǎn)生的。有機(jī)化合物DAP起到了修飾核糖核苷酸,并將它們串在一起形成第一條RNA鏈的關(guān)鍵作用。而此次研究表明,在類似條件下,DAP也可以對DNA起到同樣作用。

這一發(fā)現(xiàn)為更廣泛地研究自我復(fù)制的DNA-RNA混合物如何在原始地球上進(jìn)化和傳播,構(gòu)建更完善的現(xiàn)代生物學(xué)鋪平道路。