“范式转换”：科学家提出有关地球生命起源的新理论

调查生命是如何在如此久远的早期地球上出现的，是科学最迷人的挑战之一。更复杂的生命的基本构件必须在哪些条件下才能形成？其中一个主要的答案是基于所谓的RNA世界概念，它是由分子生物学先驱沃尔特-吉尔伯特在1986年提出的。根据这一假说，核苷酸从“原始汤”中产生，短RNA分子由核苷酸产生。这些所谓的寡核苷酸已经能够编码少量的遗传信息。

由于这样的单链RNA分子也可以结合成双链，然而，这就产生了理论上的前景，即这些分子可以自我复制。在每种情况下只有两个核苷酸结合在一起，这意味着一条链是另一条链的完全对应物，从而形成另一条链的模板。

在进化的过程中，这种复制可能会得到改善，并在某个时候产生更复杂的生命。慕尼黑大学化学家Thomas Carell说：“RNA世界的想法有一个很大的优势，它勾勒出了一条路径，复杂的生物大分子，如具有优化催化和同时具有信息编码特性的核酸，可以出现。按照我们今天的理解，遗传物质是由双股DNA组成的，这是一种由核苷酸组成的略经修改的、耐用的大分子形式。”

然而，这一假说并非没有问题。例如，RNS是一个非常脆弱的分子，特别是当它变长时。此外，目前还不清楚RNA分子与蛋白质世界的联系是如何产生的，正如我们所知，遗传物质为其提供了蓝图。正如发表在《自然》杂志上的一篇新论文所述，Carell的工作小组已经发现了一种可能发生这种联系的方式。

RNA本身是一个复杂的大分子。除了编码遗传信息的四个经典碱基A、C、G和U之外，它还包含非经典碱基，其中一些具有非常不同的结构。这些非信息编码的核苷酸对RNA分子的运作非常重要。研究人员目前掌握了120多种这样的修饰过的RNA核苷，大自然将它们纳入了RNA分子。它们极有可能是以前RNA世界的遗留物。

Carell小组现在发现，这些非经典的核苷是关键成分，就像它一样，使RNA世界与蛋白质世界联系起来。据Carell说，这些分子化石中的一些当位于RNA中时，可以用单个氨基酸或甚至小的氨基酸链（肽）来"装饰"自己。当氨基酸或肽碰巧与RNA同时存在于一个溶液中时，这导致了小型嵌合RNA-肽结构。在这样的结构中，与RNA相连的氨基酸和肽随后甚至相互反应，形成越来越大、越来越复杂的肽。“通过这种方式，我们在实验室里创造了可以编码遗传信息的RNA-肽颗粒，甚至形成了加长的肽，”Carell说。

因此，古老的化石核苷有点类似于RNA中的核，形成一个核心，长肽链可以在此基础上生长。在RNA的一些链上，肽甚至在几个点上生长。“那是一个非常令人惊讶的发现，”Carell说。“有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，我们应该把RNA世界的概念扩大到RNA-肽世界的概念。肽和RNA在其进化过程中相互支持，新的想法提出。”

根据新的理论，一开始的一个决定性因素是RNA分子的存在，它可以用氨基酸和肽“装饰”自己，从而将它们连接成更大的肽结构。“RNA慢慢发展成一个不断改进的氨基酸连接催化剂，”Carell说。RNA和肽或蛋白质之间的这种关系一直保持到今天。最重要的RNA催化剂是核糖体，它今天仍然将氨基酸连接成长肽链。作为最复杂的RNA机器之一，它在每个细胞中负责将遗传信息翻译成功能性蛋白质。“因此，RNA-肽世界解决了先有鸡还是先有蛋的问题，"Carell说。“这个新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。”