一对简单化合物生成3类基本生物分子 破解生命起源“鸡与蛋”悖论

来源：中国科学报   发布者：张荐辕   日期：2015-04-20  

生命的起源是一套悖论。起初，必须有一个遗传分子——脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA），能够按模板制造出蛋白质，即生命的主力分子。离开蛋白质的帮助，现代的细胞无法自行复制DNA和RNA。更糟糕的是，这些分子机能的完成都离不开脂肪。在另一个鸡生蛋还是蛋生鸡的复杂问题中，合成这些脂肪需要基于蛋白质的酶类，而这些酶则由遗传分子编码。 现在，研究人员表示，他们找到了一个突破口。一对简单化合物能引起一系列简单反应，产生所有3类生物分子——核酸、氨基酸和脂肪。而这些化合物在地球初期十分丰富。近日，这项在线刊登于《自然—化学》期刊的新研究，虽然没有证明这就是生命如何起源的，但它或能有助于解释一个重要秘密。 “这是一篇非常重要的论文。”美国马萨诸塞州总医院分子生物学家、生命起源研究专家Jack Szostak说。“它提出了几乎所有的生命基本构建模块可能如何在一个地质背景中被装配成形。” 针对哪些生物分子首先形成这一问题，科学家一直在鼓吹自己拥护的版本。“RNA世界”支持者认为，RNA可能就是生命的先驱；不仅因为它携带遗传信息，还因为它能充当蛋白质样的化学催化剂。而新陈代谢的拥护者则表示，矿物中发现的简单的金属催化剂，可能制造了能引发其他新陈代谢的一系列有机构建模块。 2009年，“RNA世界”受到极大宣扬。以英国剑桥大学John Sutherland为首的化学家报告称，两个相对简单的原始化合物——乙炔和甲醛，可能经历了一系列反应，产生了RNA四种核苷酸模块中的两种。这为RNA如何在“原始汤”中形成提供了貌似可信的路线。但批评者指出，乙炔和甲醛自身在某种程度上也是复杂分子。这就提出了一个尖锐的问题，它们来自哪里？ 因此，Sutherland和同事打算看看能否找到从更简单的起始材料形成RNA的路线。结果他们成功了。如今，Sutherland研究小组表示，他们制成了仅始于氰化氢（HCN）、硫化氢（H2S）和紫外线的核酸前体。此外，Sutherland提到，相同的条件还能创造氨基酸和脂肪的原始材料。 该研究小组表示，早期地球为这些反应提供了良好的环境。HCN在彗星上含量丰富，而在地球诞生之初，不断有彗星撞击这里。而且，撞击也能产生足够的能量将氢、碳和氮合成为HCN。Sutherland表示，同样，H2S也被认为在地球初期普遍存在，而能驱动相关反应的紫外线和能起催化作用的含金属矿物质也是如此。 但Sutherland警告称，这3个模块的反应并不相同，例如它们需要不同的金属催化剂，可能并非发生在同一地点。相反，化学过程和能量的轻微变化可能在不同地方创造一类物质。“然后，雨水将会把这些化合物冲到一个公共池中。”加州大学圣克鲁兹分校生命起源专家Dave Deamer说。 生命会在那个公共池中诞生吗？细节已经几乎湮灭在历史中。但Deamer说，这一理论和其后“似乎合理的化学过程”却值得深思。Szostak也表示同意：“我相信这需要讨论一段时间。” 人们普遍认为，对于生命体来说，DNA及RNA是生命遗传密码的仅有载体。而科学家一直在不断追寻生命起源之谜，并得出不少成果。 在自然界的生命体中，酶作为一种催化剂，负责启动一系列化学转换过程，使细胞等发挥相应功能，帮助生命体完成各种基本任务，比如消化食物等。此前普遍认为，只有DNA和RNA才是各种酶形成的“基本模块”。 不过英国剑桥大学的研究人员于2012年合成一种名为“XNA”的物质，同样能储存和传递遗传信息。有人据此推论，宇宙中或存在遗传方式不同的生命形式。也有人认为这使得“人造生命”更具可能。 在实验室中，他们利用XNA合成出“XNA酶”。这种人造酶也能启动一些基本的生物化学反应，比如在试管中切开并接入到天然的RNA链之中。研究人员指出，新成果进一步说明，人类对于生命起源所必需的条件还需要加深认识，除DNA和RNA之外，可能存在其他化学物质，能够启动生命的形成和进化。

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