地球上的生命起源一直吸引着科学家们,但回顾数十亿年前的历史并非易事。现在,有越来越多的证据支持一种相对较新的假设,即生命是如何开始的:RNA和DNA的精确混合。

RNA和DNA都决定了所有生物的基因组成,DNA被认为是基因蓝图,RNA被认为是蓝图阅读器或解码器。很长一段时间以来,人们认为RNA是在地球上首先发展起来的,而DNA是在地球上随后进化而来的——但越来越多的证据表明,它们可能是同时出现的,而且两者都参与了地球生命的启动。

支持这一想法的最新研究解释了简单的化合物磷酸二氨基酯(DAP)——它可能早于地球上的生命——如何将DNA构建基块(称为脱氧核苷酸)编织成基本的DNA链。

加利福尼亚州的化学家拉曼纳拉扬·克里希那穆提(Ramanarayanan Krishnamurthy)在斯克里普斯研究所(Scripps Research)表示:“这一发现是朝着建立地球上第一生命形式起源的详细化学模型迈出的重要一步。”

这一发现进一步证实了这样一种观点,即DNA和RNA都是在我们星球上生命诞生之初由同一种化学反应共同发展而来的,而且第一批自我复制的分子可能是这两种核酸的混合物,而不仅仅是RNA,正如更为成熟的“RNA世界”假说所建议的那样。

认为RNA单独导致了地球上的生命出现这一观点的一个重大问题是,RNA如何能够通过必要的自我复制过程——RNA通常需要酶来分裂,而酶是在RNA之后进化的。

据我们目前所知,似乎RNA在工程生命中起到了某种帮助作用——最新的实验表明,DNA很可能就是它,创造出“嵌合”分子链,比单独使用RNA更容易分离。

研究人员进行的一系列实验室测试模拟了地球生命诞生之前可能发生的事情,并展示了磷酸二氨基酯(DAP)是如何可行地形成基本DNA的,其方式与RNA从化学构建块中聚合的方式大致相同。

斯克里普斯研究中心的化学生物学家艾迪·吉梅内斯说:“我们惊奇地发现,当脱氧核苷并非完全相同,而是通过不同的DNA字母(如A和T,或G和C)混合而成时,使用磷酸二氨基酯(DAP)与脱氧核苷反应的效果更好。”

考虑到数十亿年前发生的这一点,我们可能永远无法确定DNA是否帮助RNA形成了我们星球上的第一个生命形式,但我们对这些过程的理解仍在不断发展。

这项研究不仅在它与生命起源的关系方面是有用的,而且对RNA-DNA关系的洞察在现代化学和生物学中有着广泛的应用。

克里希那穆提(Krishnamurthy)说:“既然我们更好地理解了原始化学是如何产生第一批RNA和DNA的,我们就可以开始在核糖核苷和脱氧核苷构建块的混合物上使用它,看看嵌合分子是如何形成的,以及它们是否能自我复制和进化。”

这项研究已发表在德国《应用化学(Angewandte Chemie)》期刊上。

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