圖片由AI生成
【科普園地】
◎本報記者張佳欣
現(xiàn)代生命離不開三樣?xùn)|西：DNA、蛋白質(zhì)和RNA。
但問題是，它們不可能同時出現(xiàn)。蛋白質(zhì)就像建筑工人和建筑材料，沒有蛋白質(zhì)，DNA無法復(fù)制；DNA就像建筑藍(lán)圖，沒有DNA，蛋白質(zhì)無法構(gòu)建。為了解開這個“先有雞還是先有蛋”的難題，科學(xué)家提出了一個影響深遠(yuǎn)的假說：“RNA先行”。在這個設(shè)想中，RNA分子身兼雙職：既是承載遺傳信息的藍(lán)圖，也是催化化學(xué)反應(yīng)的“工人”。最早的生命，也許只是一些能自我復(fù)制的RNA分子。
這個假說聽起來很完美，但幾十年來始終卡在一個現(xiàn)實(shí)問題上：RNA這么復(fù)雜的分子，真的能在原始地球那個混亂的環(huán)境里，自然、自發(fā)地形成嗎？
為了破解這個謎題，科學(xué)家不再孤立地測試單個化學(xué)反應(yīng)，而是模擬一個更完整、更真實(shí)的早期地球環(huán)境。
那個場景大約在43億年前，地球由火山玄武巖構(gòu)成了地下含水層。那時的大氣中充滿了二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣和來自火山噴發(fā)的硫化物，整個星球正經(jīng)歷著劇烈的地質(zhì)變動。
科學(xué)家依據(jù)一個名為“不連續(xù)合成模型”（DSM）的路線圖，將RNA的形成過程拆解為6個相互關(guān)聯(lián)的化學(xué)步驟，試圖還原RNA“從零開始”生成的全過程：從大氣中的簡單氣體出發(fā)，逐步生成五碳糖、堿基和磷酸，再把這些“零件”拼接成RNA鏈。關(guān)鍵不在于單個步驟是否可行，而在于這些步驟能否在自然環(huán)境中一環(huán)扣一環(huán)地自動進(jìn)行到底。
實(shí)驗(yàn)中有一個關(guān)鍵角色，就是硼酸鹽礦物。此前，許多研究認(rèn)為硼酸鹽可能會“搗亂”，因?yàn)榕鹚猁}有個“壞習(xí)慣”，它特別喜歡緊緊“抓住”其他分子，形成穩(wěn)定的復(fù)合物。科學(xué)家擔(dān)心，它會“鎖死”反應(yīng)的關(guān)鍵中間體，讓整個合成過程戛然而止。
然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻帶來了戲劇性的反轉(zhuǎn)。硼酸鹽像一名“清潔工”，不斷帶走反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，同時穩(wěn)定反應(yīng)所需的酸堿環(huán)境，反而讓RNA合成更加順暢。
在玄武巖和硼酸鹽的共同作用下，奇跡發(fā)生了。在無人干預(yù)的容器中，那些簡單的原料開始自動遵循DSM的6步路徑，有序地發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化，它們最終成功連接成了長度達(dá)100—200個單元的RNA鏈。
現(xiàn)在，我們終于知道，RNA完全可以在早期地球真實(shí)的地質(zhì)條件下，“從零開始”自主合成。雖然這并不意味著科學(xué)家已經(jīng)重現(xiàn)了生命的誕生，但這些結(jié)果至少說明，生命起源最困難的步驟之一，即信息分子的自然形成，在化學(xué)上是可行的。這些發(fā)現(xiàn)讓我們離最終解開生命起源之謎更近一步。
（責(zé)任編輯：梁艷）
晉公網(wǎng)安備 14090202000008號 
