解释生命起源的RNA

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解释生命起源的RNA
& f/ d: u. Z8 h5 X来源：译言网 / 作者： / 2016-05-17
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在现代科学中，亿万年前创造生命的“分子舞蹈”仍然是最深奥的谜题之一。虽然并没有精确的时间线，但是科学家们已经确认了其中几个关键的步骤。最近，德国的化学家有可信的报告说，在早期的地球上，基本的化学物质可以形成“嘌呤”这个化合物，DNA、RNA和所有的细胞能量代谢都要用到它。! v7 D: z& h9 q$ p* k
这一新的研究是“完美地解释了其中的化学原理，”在加州的斯克里普斯研究所的化学家Gerald Joyce说，他主要研究生命产生的化学原理。- Q# I, f; p$ x  O% h
Joyce和其他人一直认为，在这一过程中，一项早期的关键事件是RNA的形成——它是长链状的分子，鞥传递遗传信息，也能加快其它化学反应的速率。RNA的这些特点都是生命诞生的必要条件。但是，RNA是怎么形成的——并产生了这么多的RNA——还是一个谜。8 s8 C% ]2 ?3 }
RNA含有四种不同的化学构建块：腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。七年前，由英国化学家John Sutherland领导的研究发现了可信的证据，在早期的地球上，合成胞嘧啶和尿嘧啶的化学反应。但是，这些化学反应不能产生腺嘌呤或鸟嘌呤——RNA的另外两个组成部分。其他科学家继续了研究嘌呤最初产生的原理。1972，英国化学家Leslie Orgel和同事发现了一个在地球早期可能的形成嘌呤的方法。但是那项研究结果看起来并没有什么说服力，德国慕尼黑大学的化学家Thomas Carell说，因为Leslie Orgel发现的方法只能产生一点点的嘌呤。
( [; i3 v' J& ^0 m" _Carell说：“40年来，人们都在寻找地球初期嘌呤形成的方法。”
9 L  b& R8 q% y$ b5 L; L6 ~* S几年前，Carell和同事偶然发现了一条线索，当时他们正在研究DNA损伤的原理。DNA和RNA非常相似，在DNA中，胸腺嘧啶代替了尿嘧啶。他们正在研究叫做“formamidopyrimidine（FaPy）”的分子和DNA的反应，发现它也容易发生化学反应而形成嘌呤。所以他们决定看看在地球的早期能否形成FaPy这个分子，从而间接形成嘌呤。, b* z2 s1 |- x( R% Z
第一步很容易的。它只需要氢，氰化物和水。氰化氢是一个简单的分子，只包含三个原子——氢、氮和碳。人们广泛认为，在地球的早期，它大量存在。它容易和水发生反应——在早期地球上也很普遍——形成含有氨基的嘧啶，在这些嘧啶中包含一些称为“氨”的基团。通常情况下，这些氨基会和其它很多物质反应，形成很多化合物。Carell说道，这并不是一件好事，因为这些产物中大多没有嘌呤。- P5 a3 s7 a3 a8 e
Carell需要找到一种方法，把所有其它氨基的化学反应都停止，只留下会产生嘌呤的氨基。“起初我以为这不会成功，”Carell说。但他说，这一问题的解决方案比他预期的要简单得多。当Carell的团队只给溶液中加了一点酸——在早期地球，酸也是大量存在的，化学反应就会使来自酸的氢离子和含氨嘌呤结合。那额外的氢离子停止氨基的所有其它化学反应，只留下氨基可以反应。幸运的是，留下的唯一一个氨基就能产生嘌呤。. B/ {7 \3 \' w! x5 T0 D
这还没有结束。发表在《科学》上的进一步实验结果显示，含氨嘌呤上的氨基会和甲酸或甲酰胺结合。去年，罗塞塔空间探测器检测到，在彗星上会有这些物质。因此科学家们认为，甲酸和甲酰胺也可能会通过彗星，来到早期的地球。一旦含氨嘌呤上的氨基和甲酸或甲酰胺结合，它们就会和糖反应，产生大量嘌呤。“这就像一个多米诺骨牌。”Carell说。
# G( o8 @2 d3 U" }: S" {这就是一项振奋人心的大新闻了？并不是的，应用分子进化基金会的化学家、研究生们起源的专家Steven Benner说。Benner承认，新发现的嘌呤形成方法在这个领域中是“重大一步”，但即使这是正确的，他说，产生嘌呤需要的化学条件和Sutherland的研究组发现的产生嘧啶的化学条件不符。所以人们还不清楚，在不同条件下形成的嘌呤和嘧啶是如何一起组合成RNA的。即使这四个RNA碱基是在同一地点同一时间形成的，科学家也还是不知道，是什么将它们连在一起成了整条的RNA链。
6 N) W% H6 p5 @7 h  h' f8 d: l0 n  A  X生命诞生了，所以在过去这“奇迹”肯定是发生了。但是这一领域的研究者们还是要寻找更多的线索，才能完全解开这个谜题。) R; X! E& o  M  F. n8 I1 [2 m, r

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生命起源一直都是一个迷，我们正在逐步破解。