地球生命始于RNA还是DNA？

在最初的生命形式中，RNA和DNA是同时产生的吗?

近日，来自美国斯克里普斯研究所和英国剑桥大学的科学家们首次发现了强有力的证据证明，RNA和DNA可能来自同一组前体分子。甚至在地球上的生命进化之前，RNA和DNA就已经存在了。相关论文发表在4月1日的《自然•化学》杂志上。

这项研究表明，地球上最早的生物可能同时使用了RNA和DNA，就像现在所有以细胞为基础的生命形式一样。相反，流行的科学观点——“RNA世界”假说——认为早期的生命形式完全基于RNA，只是后来进化到制造并使用DNA。

“化学家们在研究地球上生命的起源时，可能不应该接受RNA世界假说的严格指导。”斯克里普斯研究所的化学副教授、共同首席研究员Ramanarayanan Krishnamurthy博士表示。

RNA（核糖核酸）和DNA（脱氧核糖核酸）在化学性质上非常相似，但化学家们一直未能证明，在早期地球上，一种核糖核酸是如何转化为另一种核糖核酸的，除非有早期生物体产生的酶的帮助。在某种程度上，由于缺乏一种已证实的将RNA与DNA连接起来的“前生命（pre-life）”或“前生物（pre-biotic）”化学路径，该领域的研究人员倾向于认为，更简单、功能更广泛的RNA是最初生命形式的基础，至少是在DNA出现之前的生命早期阶段。RNA能够像DNA一样储存遗传信息，能够像蛋白质酶一样催化生化反应，很可能已经完成了最初生命形式所必需的基本生物学任务。

尽管近几十年来，研究生命起源的科学家在很大程度上接受了RNA世界假说，但是Krishnamurthy、剑桥大学的John Sutherland，以及哈佛大学的Jack Szostak等人积累了大量证据，证明RNA和DNA可能或多或少同时出现在最初的生命形式中。

以2017年发表的一项研究为例，Krishnamurthy和他的同事们在地球的前生物时代发现了一种化合物，并证明了它可能已经完成了关键的任务——将RNA构建模块连接成更大的RNA链，这种化合物可能也对DNA和蛋白质构建模块进行了连接。

之前，Sutherland实验室发现了一种名为硫脲嘧啶的化合物，很可能在生命出现之前就存在于地球上，并且可能是早期RNA核苷构建模块的化学前体。在这项新研究中，科学家们将调查所得的见解与Sutherland实验室的发现结合起来，最终发现，通过几个化学反应步骤，他们可以将RNA构建模块的前体转化为DNA构建模块——脱氧腺苷，或者可以将硫尿嘧啶转化为脱氧核糖——脱氧核糖与脱氧腺苷密切相关，也可能是早期DNA构建模块的前体。

这一发现将使科学家更容易接受DNA和RNA同时出现并被存在于最初生命形式中的可能性。包括Sutherland在内的一些研究人员认为，RNA和DNA甚至可能混合在一起，形成了第一批基因。虽然目前还不知道是否存在自然产生的这种生物体，但斯克里普斯研究所的Peter Schultz博士及其同事在最近发表的一篇论文中描述了一种可以通过RNA/DNA混合基因存活的工程细菌。

Krishnamurthy认为，随着生命的出现，RNA和DNA凭借各自的优势和不足，很快进行了严格分工：DNA负责遗传信息的稳定、长期存储，RNA负责遗传信息的短期储存和运输、以及制造蛋白质——就像我们今天在细胞中看到的那样。

“在这一领域，人们第一次意识到RNA和DNA原本可以混合在一起，后来根据各自最擅长的事情进行分工。”Krishnamurthy说道。

科界原创  

编译：花花 

审稿：三水  

责编：张梦

期刊来源：《自然化学》

期刊编号：1755-4330

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190401171401.htm

版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。