四十億年前原始DNA有序自組裝:成生命基礎

  四十億年前原始DNA有序自組裝:成生命基礎

  圖片顯示的一滴濃縮的納米-DNA,其中含有偏振光下才能看到的液晶滴(左側)。這些液晶滴扮演着“微反應器”的作用,短鏈DNA可以在沒有生物學反應的情況下自組裝形成長鏈的聚合物。

 

  據國外媒體報道,一項由科羅拉多大學博爾德分校和米蘭大學共同完成的新研究稱,在大約四十億年前,類似脫氧核糖核酸(DNA)的分子片段可能通過自組裝的方式,形成重複的長鏈分子,並最終成爲原始生命的基礎。

 

  儘管對古礦物質組成的研究已經爲35億至38億年前(地殼穩定之後約5億年時)的細菌演化提供了部分證據,但在這些單細胞出現之前發生的事情,依然是一個未解之謎。論文共同作者、科羅拉多大學博爾德分校的物理學教授諾爾·克拉克(Noel Clark)介紹,此次的新研究揭示了核酸的非生物起源中一個重要的階段,而核酸正是生物有機體的基礎。

 

  該研究由米蘭大學的托馬索·貝利尼(Tommaso Bellini)主持,論文發表在近期的《自然-通訊》(Nature Communications)雜誌上。

 

  20世紀80年代,科羅拉多大學博爾德分校的傑出教授、諾貝爾化學獎得主托馬斯·切赫(Thomas Cech)發現核糖核酸(RNA)能通過化學方式改變自身結構,他和同事們發展了“RNA世界學說”,即原始生命來自一個RNA鏈“池”,能夠利用環境中已有的簡單分子合成長鏈分子。諾爾·克拉克稱,目前大多數生命起源研究者的意見認爲,RNA鏈太過特化,因而不可能是隨機化學反應的產物,新的研究提供了更加合理的解釋。

 

  新研究揭示了DNA片段的自組裝機制,這些片段只有幾納米長,能組裝成有序的液晶相,這些液晶相組合體具有驅動化學鍵形成,並連接短鏈DNA形成長鏈分子的能力。這一過程無需生物學反應。液晶是物質介於液體和固態晶體之間的一種形態,它能像液體一樣流動,但其分子排列更像固態晶體。

 

  近幾年來,該研究團隊一直致力於探索DNA在早期地球如何出現的假說。該假說認爲,DNA的出現方式與其結構特徵和自組織的機制有關。在“前RNA世界”(pre-RNA world),核酸分子(DNA和RNA)片段的自發組裝可能爲後來的聚合物——由大量重複的單元組成——形成提供了模板。

 

  克拉克說:“新發現顯示,在合適的化學條件下,小的DNA片段可以自發組裝成許多短的雙鏈分子,併合成更長的聚合物,從而爲RNA世界提供一個RNA前體路徑。”

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