何处是产房?
生物学家曾经长期争论生命到底起源于何种环境中,是海底的热液喷口、火山温泉还是陆地上的粘土中?核糖体可能会为解答这个问题提供线索。“摇篮”与小分子链条合体生成长链的过程中,需要进行脱水反应,而脱水反应更容易在干燥的环境中发生,这表明早期的核糖体不太会在海洋中出现。所以生物学家推测,生命更有可能诞生在陆地池塘的边缘,那里时而潮湿,有利于化学分子的相互混合;时而干燥,有利于发生脱水反应。
另外,核糖体也帮助生物学家重新思考生命起源的理论模型。生命的标志性物质是DNA、RNA和蛋白质,DNA非常稳定,可以储存遗传信息,代代相传,但如果没有蛋白质的协助,便毫无用处,就像指挥员没有兵一样。蛋白质的缺点正好相反,它结构多样,能执行各种生物化学功能,却无法把信息传给下一代。只有RNA兼具DNA和蛋白质的能力。因此,生物学家提出了“RNA世界”假说,认为生命起源时,生物体仅由RNA分子组成。当“RNA世界”发展到某个阶段,新形态的RNA可能进化出生产蛋白质和DNA的能力。一旦DNA和蛋白质出现,便分摊了许多RNA的工作,这时“RNA世界”走到了尽头,被DNA世界取代。
“RNA世界”假说回答了生命起源中先有DNA还是先有蛋白质的问题,但该假说还有许多缺陷。比如,如果想让RNA行使蛋白质的功能,那么就它需要有蛋白质那样复杂的三维结构,但生命起源早期的RNA分子很难做到这一点,所以很难想象RNA具有行使蛋白质的功能。
又比如,生物学家很难解释“RNA世界”为何会结束。为什么生命不愿通过进化来继续完善已经存在很久的RNA体系,却要重新建立另外一套以DNA和蛋白质为基础的体系?这实在太激进了。
然而,在核糖体驱动生命起源的情境中,RNA和蛋白质是随着核糖体的化学进化共同出现的。这种情景既解释了遗传物质和蛋白质的先后问题,也使得生命起源的过程看上去更平稳。
生物学家表示,核糖体的研究填补了生命史在“LUCA”之前的理论空缺,他们还会继续优化核糖体的进化模型,以期从这一古老的时间胶囊中提取更多的信息。
来源于:《大科技》杂志,原文链接: