人生的科学怪人开端：关于地球上第一批生命构成要素的惊人发现

Szostak认为，最早的细胞是在池塘或水池的陆地上发育的，可能是在火山活动区。紫外线，雷击和火山喷发都可能引发了生命形成所必需的化学反应。

地球诞生时，真是一团糟。流星和雷暴很可能轰炸了地球表面，除了无生命的化学物质之外，其他任何东西都无法幸存。数十亿年前，在这种化学混乱中如何形成生命是一个谜。现在，一项新的研究提供了证据，表明最初的构建基块可能与它们的环境相匹配，并且比以前认为的更混乱。

生活是由三个主要部分构成的：RNA和DNA（一种遗传密码，像建筑经理一样，对如何运行和繁殖细胞进行编程）以及蛋白质（即执行指令的工人）。最有可能的是，第一个单元格具有全部三个部分。随着时间的流逝，它们不断繁殖和复制，在达尔文的游戏中竞争，创造了当今生活的生命：细菌，真菌，狼，鲸鱼和人类。

但是首先，RNA，DNA或蛋白质必须在没有其伴侣的情况下形成。一种常见的理论被称为“ RNA世界”假设，它提出，因为与DNA不同，RNA可以自我复制，因此该分子可能首先出现。尽管最近的研究发现了该分子的核苷酸-构成其主链的A，C，G和U-可能是由地球早期可获得的化学物质形成的，但一些科学家认为该过程可能并非如此简单。

“几年前，莱斯利·奥格尔（Leslie Orgel）嘲笑天真的想法是纯浓缩核糖核苷酸可能存在于原始地球上，这被莱斯利·奥格尔（Leslie Orgel）嘲笑为“分子生物学家的梦想”。哈佛大学遗传学博士，霍华德·休斯医学院（Howard Hughes Medical Institute）研究员。“但是如何从相对不同的起始原料的异质混合物中产生相对现代的同质RNA尚不清楚。”

Szostak及其同事在《美国化学学会杂志》上发表的一篇论文中提出了一种有关RNA可能如何出现的新模型。他和他的团队提出了一个类似科学怪人的开始，而不是一条干净的路，RNA从具有类似化学结构的核苷酸混合物中生长出来：阿拉伯脱氧核苷酸和核糖核苷酸（ANA，DNA和RNA）。

在地球的化学熔炉中，不可能自动形成完美的RNA版本。许多版本的核苷酸很可能融合在一起，形成具有现代RNA和DNA片段的拼凑分子，以及大部分已失效的遗传分子（例如ANA）。这些嵌合体，例如希腊神话中的庞然大物的杂交狮子，鹰和蛇，可能是当今RNA和DNA的第一步。

该论文的第一作者，化学博士后研究员Seohyun Kim说：“现代生物学依靠相对均质的构件来编码遗传信息。”因此，如果Szostak和Kim是正确的，而科学怪人分子是第一位的，为什么他们会进化为同质RNA？

金对他们进行了测试：他将潜在的原始杂交种与现代RNA进行比较，手动复制嵌合体以模仿RNA复制的过程。他发现，纯RNA比其异构同类产品更好，更有效，更精确，更快。在另一个令人惊讶的发现中，Kim发现嵌合寡核苷酸（如ANA和DNA）可以帮助RNA进化复制自身的能力。他说：“有趣的是，这些变异核糖核苷酸中的一些已证明与复制RNA模板相容甚至有益。”

如果更高效的早期RNA的复制速度快于其杂交同类产品，那么随着时间的流逝，它将超过竞争对手。这就是Szostak小组理论上在原始汤中发生的事情：杂种长成现代的RNA和DNA，然后超过了祖先，并最终取代了祖先。

Szostak说：“不需要原始的纯构件块。”随着时间的流逝，RNA复制化学的内在化学将导致合成越来越均匀的RNA。正如Seohyun清楚地表明的，原因是当不同种类的核苷酸竞争模板链的复制时，总是赢的是RNA核苷酸，而合成的是RNA，而不是任何相关的种核酸。

到目前为止，研究小组仅测试了地球早期可用的可能变异核苷酸的一小部分。因此，就像凌乱的RNA的最初部分一样，它们的工作才刚刚开始。

参考：Seohyun Chris Kim，Liheng Zhou，Wen Zhang，Derek K. O'Flaherty，Valeria Rondo-Brovetto和Jack W. Szostak撰写的“从核糖核苷酸′，阿拉伯核苷酸和2-脱氧核苷酸的益生元混合混合物中产生RNA的模型” ，2020年1月8日，美国化学学会杂志。DOI：
10.1021 / jacs.9b11239