在地球上生命开始之前,DNA和RNA的构建块就已经同时出现了
这一发现推翻了流行的“RNA世界”假说
科学家首次发现了强有力的证据,证明RNA和DNA可能来自同一组前体分子,甚至在大约40亿年前地球上的生命进化之前就已经存在。
这一发现表明,地球上最早的生物可能同时使用了RNA和DNA,就像现在所有以细胞为基础的生命形式一样。相反,流行的科学观点——“RNA世界”假说——认为早期的生命形式完全基于RNA,只是后来进化到制造和使用DNA。
RNA(核糖核酸)和DNA(脱氧核糖核酸)在化学上非常相似,但化学家们一直未能证明,除了在早期生物体产生的酶的帮助下,一种核糖核酸是如何在早期地球上转化为另一种核糖核酸的。部分是由于缺乏一个演示pre-life或“起源”的化学路径连接RNA和DNA,研究人员在这个领域一直倾向于认为,更简单,更多功能,RNA,是第一生命形式的基础——或者至少在人生的早期阶段之前出现的DNA。RNA能够像DNA一样储存遗传信息,能够像蛋白质酶一样催化生化反应,否则很可能已经完成了最初生命形式所必需的基本生物学任务。
尽管近几十年来生命起源研究人员在很大程度上接受了RNA世界假说,但萨瑟兰、克里希那穆蒂、哈佛大学的杰克·绍斯塔克等人已经积累了大量证据,证明RNA和DNA可能或多或少同时出现在最初的生命形式中。
在2017年发表的一项研究为例,斯克里普斯•克里和他的同事们研究发现一种化合物对前生物地球似乎在场,可能已经完成了重要的任务,就是要把RNA积木成更大连锁RNA链,可以做相同的DNA和蛋白质的基石。在这项新研究中,科学家们将调查所得的见解与萨瑟兰和他的实验室对一种名为硫脲嘧啶的化合物的最新发现结合起来。后者很可能在生命出现之前就存在于地球上,并且可能是早期rna核苷构建块的化学前体。研究小组发现,通过几个化学反应步骤,他们可以将RNA构建块的前体转化为DNA构建块——脱氧腺苷,在现代的四字母DNA代码中,脱氧腺苷形成字母“a”。或者,它们可以将硫尿嘧啶转化为脱氧核糖,脱氧核糖与脱氧腺苷密切相关,也可能是早期DNA构建块的前体。
这一发现将使科学家更容易接受DNA和RNA同时出现并被包含在最初生命形式中的可能性。包括萨瑟兰在内的一些研究人员认为,RNA和DNA甚至可能混合在一起,形成了第一批基因。目前还不知道这种生物体是自然产生的,但斯克里普斯研究所的彼得·舒尔茨博士及其同事在最近发表的一篇论文中描述了一种可以通过RNA/DNA混合基因存活的工程细菌。
怀疑,然而生命诞生,RNA和DNA迅速与各自的优点和缺点有排序的,而严格的分工在今天所有细胞:DNA遗传信息的稳定的长期存储,和RNA的组特殊的任务包括遗传信息的短期储存和运输和制造蛋白质。Krishnamurthy说:“在这一领域,人们开始意识到RNA和DNA原本可以混合在一起,但后来根据它们最擅长的事情进行分离。”
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