科學(xué)家揭示生命起源的奧秘
http://tech.ifeng.com/a/20150609/41105023_0.shtml#_tansuo_datu2015年06月09日
來(lái)源：鳳凰科技
0人參與0評論鳳凰科技訊 北京時(shí)間6月9日消息，據科學(xué)日報報道， 萬(wàn)物之初只有簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)，然后產(chǎn)生了氨基酸，后者最終形成創(chuàng )造單細胞必需的蛋白質(zhì)，然后單細胞逐漸形成植物和動(dòng)物。近期的研究揭示了原始湯是如何創(chuàng )造氨基酸建造單元的，且從單一細胞進(jìn)化到植物和動(dòng)物的過(guò)程已經(jīng)達成了普遍的科學(xué)共識。然而，至于這些建造單元最初是如何裝配成蛋白質(zhì)的，目前仍是個(gè)謎。而現在，美國北卡羅萊納大學(xué)的兩名科學(xué)家，理查德·沃爾芬登（Richard Wolfenden）和查爾斯·卡特（Charles Carter）提供了40億年前從建造單元過(guò)渡到生命的新見(jiàn)解。
萬(wàn)物之初的世界一片荒涼
“我們的研究顯示了從一開(kāi)始，遠早于大型成熟分子形成之前，氨基酸物理特性、遺傳密碼和蛋白質(zhì)折疊之間的密切聯(lián)系就非常重要?！北笨_萊納大學(xué)醫學(xué)院生物化學(xué)和生物物理學(xué)教授卡特這樣說(shuō)道?！斑@種密切的相互作用很可能是從建造單元到有機體的進(jìn)化的關(guān)鍵因素?！?div style="height:15px;">
這項發(fā)表在期刊《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章悍然不顧目前有問(wèn)題的“RNA世界”理論，后者認為RNA——在基因編碼、調控和表達方面起著(zhù)作用的分子——是從氨基酸和宇宙化學(xué)物質(zhì)組成的原始湯里提升出來(lái)，它首次產(chǎn)生了名為肽鍵的較短蛋白質(zhì)，然后再產(chǎn)生了單細胞有機物。 沃爾芬登和卡特辯論稱(chēng)RNA并非孤軍奮戰，事實(shí)上，更可能的一種情形是并非RNA催化了肽鍵的形成，而是肽鍵催化了RNA的形成。這項發(fā)現為幾十億年前生命是如何進(jìn)化的補充了新的知識。
地球所有生物的最后一個(gè)共同祖先露卡 科學(xué)界意識到36億年前存在目前地球上所有生命的最后一個(gè)共同祖先露卡（Luca）。它很可能是一個(gè)單細胞有機物，具有幾百個(gè)基因，已經(jīng)完成了DNA復制、蛋白質(zhì)合成和RNA轉錄的藍圖。它具有現代有機物所具備的所有基本組成部分，例如類(lèi)脂。從露卡的時(shí)間線(xiàn)往后，我們很容易了解生命是如何進(jìn)化的。
然而，在36億年前，地球上的沸騰化學(xué)物質(zhì)原始湯——46億年前地球產(chǎn)生之后它們就存在了——是如何產(chǎn)生露卡的，目前并沒(méi)有確鑿的證據。這些化學(xué)物質(zhì)發(fā)生相互作用形成氨基酸，后者仍是現代細胞里蛋白質(zhì)的基本構建單元。
“我們已經(jīng)了解了很多有關(guān)露卡的信息，而現在我們開(kāi)始了解產(chǎn)生建構單元，例如氨基酸的化學(xué)機制，而目前這兩者之間卻是知識的沙漠?！笨ㄌ卣f(shuō)道?！拔覀兩踔敛恢廊绾翁剿鬟@片沙漠?！倍F在，北卡羅萊納大學(xué)的這項最新研究象征著(zhù)這片沙漠的邊區村落。
“沃爾芬登博士確定了二十個(gè)氨基酸的物理特性，我們發(fā)現這些物理特性和遺傳密碼之間存在相關(guān)性?！笨ㄌ卣f(shuō)道?！斑@一相關(guān)性表明存在第二個(gè)更早的密碼使得肽鍵-RNA相互作用變?yōu)榭赡?，后者是產(chǎn)生一個(gè)自然選擇的必要條件，這一自然選擇最終導致地球上第一個(gè)生命的產(chǎn)生?！?div style="height:15px;">
因此，卡特認為，RNA并非從原始湯里憑空產(chǎn)生。相反，更可能的一種情況是，甚至在細胞存在之前，就已經(jīng)存在氨基酸和核苷酸的相互作用，后者導致蛋白質(zhì)和RNA的共同產(chǎn)生。
蛋白質(zhì)必須以特定的形式折疊才能保證功能正常。由沃爾芬登帶領(lǐng)進(jìn)行的第一篇發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章顯示，二十個(gè)氨基酸的極性（它們在水和油之間如何分布的）和它們的大小幫助解釋了蛋白質(zhì)折疊的復雜過(guò)程——當一條相互連接的氨基酸鏈自我排列形成特殊的具有特定生物功能的三維結構。
“我們的實(shí)驗顯示了氨基酸的極性是如何在一系列不同的溫度范圍里持續發(fā)生改變，從而保證不會(huì )擾亂遺傳編碼和蛋白質(zhì)折疊之間的基本關(guān)系?！?沃爾芬登說(shuō)道。這是非常重要的，因為當地球上生命最初形成時(shí)，地球的溫度非常炙熱，很可能比現在或者第一批動(dòng)物和植物產(chǎn)生時(shí)更加炙熱。
在沃爾芬登實(shí)驗室進(jìn)行的一系列有關(guān)氨基酸的生物化學(xué)實(shí)驗展示了兩個(gè)特性——氨基酸的大小以及極性——是解釋氨基酸在折疊蛋白質(zhì)里的特性的充分必要條件，這些關(guān)系即使是在40億年前地球環(huán)境溫度更高時(shí)仍然成立。沃爾芬登博士目前還任職于美國北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)系。
第二篇由卡特帶領(lǐng)進(jìn)行的發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章深入研究了名為氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase, 簡(jiǎn)稱(chēng)aaRS)的酶是如何識別轉移核糖核酸（又稱(chēng)轉運RNA, 簡(jiǎn)稱(chēng)tRNA）的。這些酶翻譯了遺傳密碼。
“將轉運RNA想像成一個(gè)適配器，”卡特說(shuō)道?！斑m配器的一端攜帶了一種特定的氨基酸，而另一端則讀取信使RNA里這一氨基酸的基因藍圖。每一個(gè)合成酶將這二十個(gè)氨基酸與各自的適配器相匹配，使得信使RNA里的基因藍圖每次都可以產(chǎn)生正確的蛋白質(zhì)?！?div style="height:15px;">
