前沿科学地球上生命起源的新范式

　　根据托马斯·卡瑞尔 (Thomas Carell) ，一位来自LMU的化学家的一项新理论，是一种由RNA和肽组成的新型分子物种，推动生命进化为更复杂的形式。
　　调查早期地球上很久以前的生命是如何出现的，是科学界最令人着迷的挑战之一。形成更复杂生命的基本组成部分必须具备哪些条件？主要答案之一是基于所谓的 RNA 世界概念，该概念由分子生物学先驱沃尔特·吉尔伯特 (Walter Gilbert) 于 1986 年提出。根据假设，核苷酸——核酸 A、C、G 和U——起源于原始汤，短RNA分子是从核苷酸中产生的。这些所谓的寡核苷酸已经能够编码少量的遗传信息。
　　然而，由于这种单链 RNA 分子也可以组合成双链，这就产生了分子可以自我复制的理论前景——即繁殖。在每种情况下，只有两个核苷酸可以结合在一起，这意味着一条链是另一条链的精确对应物，因此形成了另一条链的模板。
　　在进化过程中，这种复制可能会有所改善，并在某些时候产生更复杂的生命。正如慕尼黑路德维希马克西米利安大学 (LMU) 的化学家，托马斯·卡瑞尔所说：＂RNA 世界的想法具有很大的优势，它勾勒出一条途径，使复杂的生物分子（如具有优化催化作用的核酸）同时出现信息编码特性。＂正如我们今天所理解的，遗传物质是由双链DNA组成的，这是一种由核苷酸组成的经过轻微修饰的、持久的大分子形式。
　　然而，该假设并非没有问题。例如，RNS 是一种非常脆弱的分子，尤其是当它变长时。此外，目前尚不清楚 RNA 分子与蛋白质世界的联系是如何发生的，正如我们所知，遗传物质提供了蓝图。 正如在Nature 上发表的一篇新论文中所述，Carell 的工作组发现了一种可能发生这种联系的方式。
　　要理解这些，我们必须再仔细看看 RNA。RNA 本身就是一个复杂的大分子，除了编码遗传信息的四个规范碱基 A、C、G 和 U 之外，它还包含非规范碱基，其中一些具有非常不寻常的结构。这些非信息编码核苷酸对于 RNA 分子的功能非常重要。我们目前了解 120 多种此类修饰的 RNA 核苷，这些核苷自然会结合到 RNA 分子中。它们很可能是前 RNA 世界的遗迹。
　　Carell 小组现在发现，这些非经典核苷是关键成分，可以说是让 RNA 世界与蛋白质世界联系起来。根据卡瑞尔的说法，当这些分子化石中的一些位于 RNA 中时，它们可以用单个氨基酸甚至它们的小链（肽）＂装饰＂自己。当氨基酸或肽碰巧与 RNA 同时存在于溶液中时，这会导致小的嵌合 RNA 肽结构。在这样的结构中，与 RNA 连接的氨基酸和肽甚至会相互反应，形成更大、更复杂的肽。＂通过这种方式，我们在实验室中创造了 RNA 肽颗粒，可以编码遗传信息，甚至形成延长肽，＂Carell 说。
　　因此，古老的核苷化石有点类似于 RNA 中的核，形成一个核心，长肽链可以在其上生长。在一些 RNA 链上，肽甚至在几个点上生长。＂这是一个非常令人惊讶的发现，＂卡瑞尔说。＂可能从来没有一个纯粹的 RNA 世界，但 RNA 和肽从一开始就在一个共同的分子中共存。＂ 因此，我们应该将 RNA 世界的概念扩展到 RNA 肽世界的概念。新观点提出，肽和RNA在进化过程中相互支持。
　　根据新理论，一开始的决定性因素是 RNA 分子的存在，这些分子可以用氨基酸和肽装饰自己，从而将它们连接成更大的肽结构。＂RNA 慢慢发展成为一种不断改进的氨基酸连接催化剂，＂Carell 说。RNA与肽或蛋白质之间的这种关系一直持续到今天。最重要的 RNA 催化剂是核糖体，它至今仍将氨基酸连接成长肽链。作为最复杂的 RNA 机器之一，它负责在每个细胞中将遗传信息转化为功能性蛋白质。＂RNA 肽世界因此解决了先有鸡还是先有蛋的问题，＂Carell 说。＂新的想法创造了一个基础，在这个基础上生命的起源逐渐变得可以解释。＂
　　参考文献：Felix Müller、Luis Escobar、Felix Xu、Ewa Węgrzyn、Milda Nainytė、Tynchtyk Amatov、Chun‐Yin Chan、Alexander Pichler 和 Thomas Carell ，《A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world》，2022 年 5 月 11 日，《 自然》 。