生命的发源:先有卵还是先有变化

2020-08-29

 

 

 

  那些约莫在37亿年前呈此刻地球上最早的卵白质是什么样的?
  克日,科学家们试图解答了这一问题。以色列魏茨曼科学研究所的Dan Tawfik传授和耶路撒冷希伯来大学的Norman Metanis传授重建了卵白质序列,它们很大概与现代卵白质的祖先很是相似。研究功效提出了这些原始卵白质进化成活体细胞的一种大概性。该研究已颁发在《美国国度科学院院刊(PNAS)》上。
  细胞遗传物质编码的卵白质相当于活体细胞中的螺丝、弹簧和齿轮等所有运转部件。可是,我们认为第一种卵白质早于细胞呈现,因此也就早于我们已知的生命呈现。现代卵白质由20种差异的氨基酸构成,它们都是结构卵白质所必须的,而且全部以高分子聚合物的形式分列——一种长的链状分子,个中每种氨基酸的位置对付卵白质的成果至关重要。可是,关于最早的卵白质是如何发生的却存在一个悖论。因为制造卵白质所需的氨基酸自己是由其他卵白质(酶)发生。这是一个鸡生蛋照旧蛋生鸡的问题,到今朝为止,它只是部门解答了这一问题。
  科学家们认为,真正最早的卵白质源于较短的名为肽的卵白质片断。这些肽原本是原始化学汤中自发发生的氨基酸的粘性组装。然后,短链肽会互相团结,跟着时间的流逝,形成了具有某种浸染的卵白质。
  氨基酸的自发发生早在1952年就已经被证明,Miller和Urey在这项著名的尝试中,复制了人们认为存在于地球生命之前的条件,并增加了大概来自闪电或火山的能量。研究表白在符合的条件下氨基酸可以在没有酶或任何其他活体生物机制的环境下形成,这表白氨基酸是在酶这只“鸡”呈现之前的“蛋”。
  魏茨曼科学研究所生物分子科学系的Tawfik说,这一切都很好,可是,该尝试及后续的每个尝试都缺少某种重要的氨基酸范例,好比携带正电荷的精氨酸之类和赖氨酸。这些氨基酸对现代卵白质出格重要,因为它们与DNA和RNA彼此浸染,而DNA和RNA都带有净负电荷。
  如今,RNA被认为是既可以携带信息又可以复制自身的原始分子,因此从理论上讲,与带正电荷的氨基酸打仗对付活体细胞进一步发育是必不行少的。
  可是,在Miller和Urey的尝试中呈现了一种带正电荷的氨基酸,即一种名为鸟氨酸的氨基酸,这种氨基酸被发明存在于精氨酸发生的中间步调,但其自己并不消于制造卵白质。因此,研究团队提出疑问:鸟氨酸是否就是那些祖先卵白质中缺少的氨基酸?为此,他们设计了一项尝试来检讨这个假设。
  科学家们从一个与DNA和RNA团结的家属中相对简朴的卵白质开始,运用系统发育的要领来揣度祖先卵白质的序列。该卵白质原本富含正电荷(64个氨基酸中的14个为精氨酸或赖氨酸)。接下来,他们缔造了合成卵白,鸟氨酸代替了这些氨基酸成为正电荷载体。
  基于鸟氨酸的卵白质可以或许与DNA较弱地团结。然而,在Metanis的尝试室中,研究人员发明简朴的化学回响可以将鸟氨酸转化为精氨酸。这些化学回响可以或许在某种条件下产生,它存在于最初的卵白质在地球上呈现之前。跟着越来越多的鸟氨酸转化为精氨酸,卵白质越来越雷同于现代卵白质,并以更强且更具选择性的方法与DNA团结。
  科学家们还发明,在RNA存在的环境下,肽的陈腐形式会举办相疏散,就像油滴在水中一样,这一步调随后会导致自组装和“部分化”。 Tawfik说,这表白这种卵白质与RNA一起可以形成原始细胞,,真正的活细胞大概就是从原始细胞进化而来的。