生命的科学怪人beginningsLife弗兰肯斯坦的怪物beginningsNext代organ-on-chip arrivedNext一代organ-on-chip已经到来

当地球诞生的时候,它是一片混乱。雷暴和流星可能会轰击地球表面,这是一片贫瘠的不毛之地,几乎没有化学物质。生命是如何在如此混乱的环境中形成的,这是一个数十亿年前的谜。现在,一项新的研究提供了证据,证明最初的积木可能与它们的环境相匹配,以一种比之前认为的更不有序的方式进化。

“年前,天真的认为可能存在的纯集中核苷酸池原始地球上被嘲笑(英国著名化学家)命名为分子生物学家的梦想,”杰克说绍斯塔克,一个诺贝尔奖得主,教授在哈佛大学化学与化学生物学和遗传学和霍华德休斯医学研究所研究员。“但相对现代的同质RNA是如何从不同起始物质的异质混合物中产生的,我们不得而知。”

在最近发表在《美国化学学会杂志》上的一篇论文中,绍斯塔克和他的同事提出了一个新的模型,解释RNA (RNA是生命的基本组成部分)是如何形成的。他和他的团队提出的不是一条简单的路径,而是一个让人回想起弗兰肯斯坦的怪物的混合创造的开端,RNA从一种具有类似化学结构的核苷酸混合物中生长出来:arabino-、deoxy-和核糖核苷酸(ANA、DNA和RNA)。

Szostak说,在地球的化学大熔炉中自动形成一个完美版本的RNA的几率非常低。更有可能的情况是,许多版本的核苷酸与现代的RNA和DNA结合,形成拼凑在一起的分子,以及基本上已经不存在的遗传分子,如ANA。这些嵌合体可能是迈向今天的RNA和DNA以及蛋白质的第一步。

“现代生物学依赖于相对同质的构建块来编码遗传信息,”化学博士后研究员、论文第一作者金世贤(Seohyun Kim,音)说。如果绍斯塔克和金是对的,而弗兰肯斯坦分子最先出现,那为什么它们会进化成同质RNA呢?

金博士对它们进行了测试,将潜在的原始杂种与现代RNA进行比较,并人工复制嵌合体以模仿RNA复制的过程。他发现,纯RNA比异质RNA更有效、更精确、更快。在另一个令人惊讶的发现中,Kim发现嵌合的寡核苷酸——如ANA和DNA——可能帮助RNA进化出自我复制的能力。“有趣的是,”他说,“这些变异的核糖核苷酸中的一些已经被证明与RNA模板的复制是兼容的,甚至是有益的。”

如果更高效的早期版本的RNA复制速度比杂交版本更快,那么假以时日,它的数量将超过竞争对手。这就是绍斯塔克团队的理论在原始汤里所发生的:杂交后代长成了现代的RNA和DNA,它们的进化速度超过了它们的祖先,并最终取代了它们。

“不需要原始的纯积木池,”绍斯塔克说。“随着时间的推移,RNA复制固有的化学性质将导致合成越来越同质的RNA片段。这其中的原因,正如Seohyun已经清楚地表明的,是当不同种类的核苷酸竞争一个模板链的复制时,总是RNA核苷酸获胜,是RNA被合成,而不是任何相关的核酸。”

到目前为止,研究小组只测试了早期地球上可能存在的变异核苷酸的一小部分。所以,就像那些乱七八糟的RNA,他们的工作才刚刚开始。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2020/01/study-likens-earths-evolution-to-creation-of-frankensteins-monster/

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