@ 2019.10.07 , 10:00

在模拟原始地球的实验里,自发产生了构成RNA的4类碱基

如果Thomas Carell是对的,大约在40亿年前,地球上的许多地方可能被灰棕色的矿物所覆盖。但是,那些不是普通的岩石:它们是被科学家称为A、U、C和G(四类碱基)的有机分子晶体。理论上讲,其中一些分子后来将成为RNA的构建基块,即进化引擎DNA诞生之前的核心遗传物质。

有机化学家Carell和他的合作者现在证明,存在一条化学途径,从原理上讲,可以从水和氮等基本成分——与原始地球的化学环境相符合——中自然地生成A,U,C和G(分别为腺嘌呤,尿嘧啶,胞嘧啶和鸟嘌呤)。Carell说,这些反应产生了如此多的碱基,以至于数千年之后,它们可能厚厚地覆盖住地表。他们把详细过程和结果发表在1月3日出版的《科学》期刊上。

德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的Carell指出,实验结果为“ RNA世界假说”提供了证据。该假说认为,生命源于自我复制的基于RNA的基因——直到后来生物进化出在DNA中存储遗传信息的能力。他补充说,这种化学反应同时“有力地表明”,基于RNA的生命形态的出现并不是小概率事件,有可能发生在诸多其他行星上。

还记得自然课本或生物课本里,证明有机物来自无机物的经典实验吗?

50年代初,有人做了一个放电实验。他用电火花(闪电)穿过类似原始大气的一种混合气体。结果,奇迹出现了,甲烷中的碳有15%发生转移,形成了水溶性有机小分子,其中包括四种氨基酸和氰化氢、甲醛等。

现在更进一步,得到了遗传物质的化学基础。

先前在2016年的工作中,Carell小组发现了自发产生细胞核碱基A和G2的化学反应。一支独立团队在2009年验证了同一原理也可自发产生U和C。但是这两条途径似乎彼此不兼容,需要不同的反应条件,如不同的温度和pH值。

现在, Carell的团队向世人展示了在同一条件下如何得到所有的核碱基:两片不同的池塘,在季节中循环变化,从湿到干,从热到冷,从酸性到碱性,化学物质时不时从一个流出到另外一个。研究人员首先让简单分子在热水中反应,然后使所得混合物冷却并干燥,在底部形成残留物——包含两种有机化合物晶体。

然后,他们加水,其中一种化合物溶解,然后冲去另一个水池。该水溶性分子的缺失促发了另一种化合物进一步的反应。最后,研究人员再次将产物混合,形成了核碱基。

加利福尼亚拉霍亚斯克里普斯研究公司的化学家Ramanarayanan Krishnamurthy说:“他们的论文出色地找出了能够使RNA被制造出来的、全部必要的化学作用。”但是他和其他研究人员警告说,这种和类似的结果都是基于事后的反推,可能无法就生命的实际演变提供可靠的论据。

doi:10.1038/d41586-019-02622-4

本文译自 nature,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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