原创 “鸡生蛋”答案浮现,《自然》:40亿年前蛋白质起源不再是秘密
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2025-10-29 19:40:41
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在生命科学领域,一个比“先有鸡还是先有蛋”更让人头疼的问题,是“先有蛋白质还是先有RNA?”这个问题难就难在,蛋白质是生命活动的主力,啥都干;可它合成又得靠RNA。偏偏RNA复制又离不开蛋白质。这死循环,让科学家们想破了头。

直到大概2024年,英国伦敦大学学院有个团队,他们做了一项了不起的研究。这就像一道光,照亮了这个古老的难题。他们在《自然》杂志上发了篇文章,在实验室里,成功模拟了40亿年前地球早期,蛋白质是怎么从一些普通化学物质里自己长出来的,而且当时还没生命。

要说清楚这项研究有多厉害,得先回到地球刚形成那会儿。40亿年前的地球,可不像现在这样有花有草。那时候,连最简单的细胞都没有。只有火山喷出的硫化氢,碱性湖泊里的各种化学物质,还有空气中飘着的RNA碎片。一切都是乱糟糟、最原始的样子。

过去的科学理论,大多倾向于认为RNA是生命的先行者,它既能存储遗传信息,又能催化一些简单的反应。但RNA如何“说服”氨基酸手拉手,形成功能复杂的蛋白质,始终是一个巨大的空白。

伦敦大学学院的马修·波纳教授团队,则巧妙地避开了现代细胞的复杂机制,他们决定返璞归真,只使用40亿年前地球上现成的“原材料”,看看是否能误打误撞地“催生”出蛋白质的雏形。

他们的目光首先锁定在一种叫做“泛酰硫基乙胺”的分子上。这个拗口的名字背后,藏着早期地球生命起源的关键线索。早前波纳教授团队就发现,这种分子能够在早期地球的碱性湖泊中自然形成,就像湖水蒸发后会析出盐晶一样,这是一种再自然不过的化学过程。

更重要的是,泛酰硫基乙胺具有高能量,在化学反应中就像一种“万能胶水”,能将不同的分子连接起来。

在实验中,研究人员将泛酰硫基乙胺与氨基酸混合,奇迹发生了:它们形成了一种新的复合物,它就是“氨酰基硫醇”。这种复合物的特别之处在于,它能够精确地“粘”在RNA链上,而不是像无头苍蝇一样随意乱抱团。

耶路撒冷希伯来大学的专家对此评价道,这如同给氨基酸安装了“导航系统”,引导它们有序地向RNA靠拢。这一步,无疑是蛋白质合成的关键起点。

而更令人拍案叫绝的是RNA的“形态密码”。实验发现,如果使用单链RNA,氨基酸的附着显得杂乱无章;然而,当换成双链RNA时,附着在上面的氨基酸竟然能排列出与现代细胞中由酶催化形成的蛋白质结构惊人相似的序列。

这就像我们拿到一堆散乱的积木,如果只是随意摆弄,它们难以成型;但如果提供一个简单的模具,积木就能整齐地搭建出预设的结构。双链RNA,很可能就是40亿年前那个简易的“模具”,为蛋白质的精准合成提供了最初的秩序。

接下来的实验更是让人叹为观止。研究人员向混合物中加入了硫化氢和硫代酸,这两种物质在早期地球的大气和水中随处可见。结果,那些依附在RNA上的氨基酸,竟然在没有现代细胞机器的帮助下,自发地连接起来,形成了一段段肽链——这正是蛋白质的“半成品”。

整个过程完全依赖于原始化学物质之间的相互作用,没有酶的催化,没有核糖体的参与,一切都显得那么自然而然。伦敦大学学院的尼克·莱恩教授评价说,即便这个过程与真实情况略有差异,它也无疑是生命最初的“草稿本”,描绘了生命起源的关键一步。

当然,这项研究并非完美无缺,它也留下了新的谜团。目前实验中形成的肽链,其氨基酸序列是随机的,缺乏现代蛋白质那样精确的排列和特定的功能。这就像用积木随意堆砌了一个形状,而不是搭建出一栋真正能住人的房子。

莱恩教授坦诚,这部分难题尚未攻克。然而,波纳教授却从中看到了希望:他发现某些RNA对特定的氨基酸表现出微弱的“偏好”,虽然不明显,但这就像一个人买零食时,总会不自觉地倾向于某一种口味。

这种微小的偏好,或许就是后来“遗传密码”的最初萌芽,现代生命中特定RNA对应特定氨基酸的严谨规则,可能正是从这种最初的、微弱的偏好中,经过漫长演化逐渐形成的。

这项研究最深远的贡献,在于它巧妙地弥合了科学界长期争论的两大阵营。一方认为RNA是生命的先驱,另一方则强调早期化学反应网络的重要性。

现在看来,真相可能并非非此即彼:碱性湖泊中的化学反应先产生了泛酰硫基乙胺这样的“高能燃料”,这股能量推动了RNA与氨基酸的协作。代谢网络和遗传系统并非谁先谁后,而是在早期地球的熔炉中,相互促进,共同演化,就像一对搭档共同建造巢穴,缺一不可。

这项研究对我们普通人来说,不只是解开了一个科学谜题。它可能会为合成生物学带来新的研究方向,未来我们或许能够摆脱复杂的设备,仅利用简单的化学原料,在实验室环境中生产出蛋白质。

更值得关注的是,它也为寻找地外生命提供了新的线索。如果在某个遥远星球上,同样存在着碱性湖泊和硫化氢环境,那么那里也可能具备生命形成的基本条件。

波纳教授表示,目前的研究只是一个开端。但正是这个开端,帮助我们回溯到40亿年前,理解生命最初是如何从那些原始的化学物质中逐渐形成的。

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