广告投放

生命的分子起源:首先形成的是什么——蛋白质、DNA 或 RNA 或它们的组合?

早在 1959 年,斯坦利·米勒 (Stanley Miller) 和哈罗德·尤里 (Harold Urey) 就在报告了在原始地球条件下实验室合成氨基酸的情况后说道,“关于生命起源的几个问题已经得到解答,但还有很多问题有待研究”。尽管取得了许多进展,但科学家们长期以来一直在努力解决一个基本问题——哪种遗传物质首先在原始地球上形成, 的DNA or RNA,或者两者兼而有之?现在有证据表明 的DNARNA 两者可能共存于原始汤中,生命形式可能是通过各自的遗传物质进化而来的。

分子生物学的中心法则指出 的DNA & RNA & 蛋白质. 蛋白质 负责生物体中发生的大多数(如果不是全部)反应。有机体的全部功能主要取决于它们的存在和相互作用 蛋白质 分子。根据中心法则, 蛋白质 由包含的信息产生 的DNA 其转换为函数式 蛋白质 通过一种叫做RNA的信使。然而,有可能 蛋白质 自己可以独立生存,无需任何 的DNA or RNA,就像朊病毒的情况一样(错误折叠 蛋白质 分子不含有 的DNA or RNA),但可以独立生存。

因此,生命起源可以分为三种情况。

A) 如果 蛋白质 或者它的组成部分能够在数十亿年前存在于原始汤中的大气中非生物地形成, 蛋白质 可以称为基础 生命的起源. 支持它的实验证据来自斯坦利米勒的著名实验1,2,这表明当甲烷、氨、水和氢气的混合物混合在一起并循环通过放电时,会形成氨基酸的混合物。 七年后再次证实了这一点3 Stanley Miller 和 Harold Urey 于 1959 年指出,原始地球中还原性大气的存在导致了 有机 在上述气体加上少量一氧化碳和二氧化碳存在下的化合物。米勒-尤里实验的相关性多年来一直受到科学界的质疑,他们认为他们研究中使用的气体混合物相对于原始地球上存在的条件来说过于还原。许多理论指出中性大气含有过量的二氧化碳、氮气和水蒸气4. 然而,中性气氛也被认为是合成氨基酸的合理环境5. 此外,对于 蛋白质 作为生命的起源,它们需要自我复制,从而产生不同的组合 蛋白质 以满足生物体中发生的不同反应。

B) 如果原始汤提供了积木的条件 的DNARNA 如果要形成,那么其中任何一个都可能是遗传物质。迄今为止的研究青睐 RNA 成为生命形式起源的遗传物质,因为它们具有自我折叠的能力,作为单链存在并充当酶6, 能够制造更多 RNA 分子。许多自我复制的RNA酶7 多年来被发现表明 RNA 成为起始遗传物质。约翰·萨瑟兰 (John Sutherland) 小组进行的研究进一步证实了这一点,该研究通过在混合物中加入磷酸盐,在类似于原始汤的环境中形成了 RNA 的两个碱基8. 通过模拟还原气氛(包含氨、一氧化碳和水),类似于米勒-尤里实验中使用的气氛,然后通过放电和高功率激光通过它们,也可以形成 RNA 构建块9。如果RNA被认为是起源,那么什么时候以及如何发生的? 的DNA 和蛋白质的产生?做过 的DNA 由于RNA和蛋白质的不稳定性质,后来发展成为遗传物质。所有这些问题的答案仍然没有答案。

C) DNA 和 RNA 可以在导致生命起源的原始汤中共存的第三种情况来自于 3 月发表的研究rd 2020 年 XNUMX 月,来自英国剑桥 MRC 实验室的 John Sutherland 团队。研究人员在实验室中模拟了数十亿年前原始地球上存在的浅水池塘的条件。他们首先溶解形成的化学物质 RNA 将它们放入水中,然后干燥和加热,然后将它们置于模拟原始太阳光线的紫外线辐射下。这不仅导致了两个构建模块的合成 RNA 而且 的DNA,表明两种核酸在生命起源时共存10.

根据当今存在的当代知识并尊重分子生物学的中心法则,DNA 和 RNA 共存导致生命起源和蛋白质形成的出现似乎是有道理的。

然而,作者希望推测另一种情况,其中所有三个重要的生物大分子,即。 DNA、RNA和蛋白质一起存在于原始汤中。 原始汤中存在的混乱条件,包括地球表面的化学性质、火山爆发以及氨、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和水等气体的存在,可能是所有大分子形成的理想条件。 Ferus 等人的研究表明了这一点,其中核碱基是在相同的还原气氛中形成的9 用于米勒-尤里的实验。 如果我们相信这个假设,那么在进化过程中,不同的生物体采用了一种或另一种遗传物质,这有利于它们的生存向前发展。

然而,当我们试图了解生命形式的起源时,还需要更多的研究来回答关于生命如何起源和传播的基本和相关问题。 这将需要一种“开箱即用”的方法,而不依赖于当前科学所遵循的教条在我们的思维中引入的任何偏见。

***

参考文献:

1. Miller S.,1953 年。在可能的原始地球条件下生产氨基酸。 科学。 15 年 1953 月 117 日:卷。 3046,第 528 期,第 529-XNUMX 页 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL、Lazcano A. 等人 2003 年。益生元汤——重温米勒实验。 科学 02 年 2003 月 300 日:卷。 5620,第 745 期,第 746-XNUMX 页 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. Miller SL 和 Urey HC,1959 年。原始地球上的有机化合物合成。 科学 31 年 1959 月 130 日:卷。 3370,第 245 期,第 251-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. 卡斯廷 JF,霍华德 MT。 2006. 早期地球的大气成分和气候。 Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006)。 发布时间:07 年 2006 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ、Chalmers JH 等人,2008 年。在中性行星大气中重新评估益生元有机合成。 Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008)。 DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6.扎格,AJ,切赫TR。 1986.中间的序列 RNA 四膜虫是一种酶。科学 31 年 1986 月 231 日:卷。 4737,第 470 期,第 475-XNUMX 页 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A、Attwater J 等人,2011 年。活性核酶的核酶催化转录。 科学 08 月 332 日:卷。 6026,第 209 期,第 212-2011 页(XNUMX 年)。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. 在益生元合理条件下合成活化的嘧啶核糖核苷酸。 自然 459, 239–242 (2009)。 https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M、Pietrucci F 等人,2017 年。Miller-Urey 还原气氛中核碱基的形成。 PNAS 25 年 2017 月 114 日 17 (4306) 4311-10; 2017 年 XNUMX 月 XNUMX 日首次发布。DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu, J.、Chmela, V.、Green, N. 等人。 2020 RNA嘧啶和RNA选择性益生元形成 的DNA 嘌呤核苷。自然 582, 60–66 (2020)。发布日期:03 年 2020 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

***

拉杰夫·索尼
拉杰夫·索尼https://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni 博士 (ORCID ID : 0000-0001-7126-5864) 拥有博士学位。 拥有英国剑桥大学生物技术学士学位,并在斯克里普斯研究所、诺华、诺维信、Ranbaxy、Biocon、Biomerieux 等全球多家机构和跨国公司工作 25 年,并担任美国海军研究实验室的首席研究员在药物发现、分子诊断、蛋白质表达、生物制造和业务发展方面。

订阅电邮通讯

将通过所有最新新闻,优惠和特别公告进行更新。

最热门文章

蕨类基因组解码:环境可持续性的希望

解锁蕨类植物的遗传信息可以提供...

Deltamicron : Delta-Omicron 与杂交基因组重组  

早先报道了两种变异的合并感染病例。...

COVID-19、免疫与蜂蜜:了解麦卢卡蜂蜜药用特性的最新进展

麦卢卡蜂蜜的抗病毒特性是由于...
- 广告 -
94,335风扇喜欢
47,638产品粉丝关注
1,772产品粉丝关注
30认购订阅