这一新发现为研究最早的RNA链和原始细胞如何在生命起源前的地球上获得优势提供了线索
新的研究表明,尽管复杂分子具有固有的不稳定性,但它们是早期地球生命启动的关键。研究结果表明,自组装过程可能增强了RNA序列对水解的抵抗力,有助于“驯服益生元混合物中的化学混乱”。
“这些(新的)认识对于探索生命的起源至关重要,”领导这项研究的德国慕尼黑工业大学的Job Boekhoven说。
美国明尼苏达大学研究生命起源和半合成细胞的专家凯特·阿达玛拉说,在现代细胞出现之前,DNA和蛋白质控制着生命和新陈代谢,“RNA分子必须在没有任何蓝图的情况下完成这一切。”当时,RNA序列负责存储信息,并为制造第一批酶的指令编码。但是RNA是不稳定的。没有生物细胞提供的保护,RNA链会自发分解,因为水解总是有利于单体的形成。
现在,Boekhoven团队的发现为“RNA分子快速组装成长序列和同样快速分解提供了一个可行的途径”,未参与该项目的Adamala说。这将允许益生元细胞动态地研究组装序列的有用性。她补充说:“这就像早期新陈代谢的蚀刻草图:组装一些序列,尝试它们,然后删除失败的序列。”
Boekhoven解释说,接受RNA序列的不稳定性是理解自组装机制的重要一步。他说:“我们接受了这样一个事实,即水解是存在的,而且在生命起源时也存在。”相反,Boekhoven的团队专注于减缓水解的机制。
研究人员创建了具有不同序列的核酸单体和分子池,称为组合文库。在此基础上,他们添加了化学燃料——有利于寡聚化的高能分子——和DNA模板。后者导致杂交,互补的核碱基链粘在一起,形成稳定的双链结构。Boekhoven说:“这种相互作用对于稳定RNA链等不稳定分子非常重要。”
模板化和自组装成双链结构可以保护RNA序列免受水解。这一过程也可能为早期的原始细胞提供了进化优势
通常,合成的RNA序列只能在水解中存活几分钟。“然而,当与互补链杂交时,它们可以保持稳定数小时,”他补充道。“这是一个强大的模型,可以帮助我们理解第一批RNA链是如何形成、稳定、选择和复制的,(并)展示了一堆分子是如何无限制地进化成最小形式的人工生命的。”
根据阿达玛拉的说法,最早的生物聚合物的自组装可能对原始细胞有益。她补充说,从这些文库中产生的稳定RNA序列可以为重要的代谢反应编码信息,并“为启动自然选择和遗传提供积极反馈”。
此外,RNA和DNA文库与保护原始细胞结构的支架相互作用,这可以帮助单个细胞分化并形成身份。
Boekhoven说:“我们的发现还表明,核酸会影响原始细胞的特性,这可能会导致进化优势。”然而,结果仍然错过了关键的一步——复制。他解释说:“这是生命、自我维持系统的核心。”“但选择性稳定机制(可能)驯服了益生元混合物中的化学混乱,(促进)序列的复制和编码……并为生命的出现奠定了基础。”
费尔南多Gomollón贝尔是一位科学作家和传播者
出生于英国剑桥。查看完整档案