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发现促进了RNA-DNA混合产生地球生命的理论

Scripps Research的化学家做出了一项发现,这一发现支持了关于生命如何起源于我们星球的令人惊讶的新观点。在化学杂志Angewandte Chemie上发表的一项研究中,他们证明了一种简单的化合物,称为二氨基磷酸(DAP),在生命出现之前似乎已经存在于地球上,它可以将称为脱氧核苷的微小DNA结构单元化学编织在一起,形成原始DNA链。

该发现是过去几年中一系列发现中的最新发现,指出DNA及其近亲表亲RNA作为相似化学反应的产物一起出现的可能性,以及第一个自我复制分子-第一个生命地球上的各种形式-两者混合在一起。

这一发现可能还会在化学和生物学上带来新的实际应用,但其主要意义是它解决了地球生命如何首次出现的古老问题。特别是,它为更广泛的研究铺平了道路,该研究涉及自我复制的DNA-RNA混合物如何在原始地球上进化和传播,并最终为现代生物的更成熟的生物学注入了种子。

研究高级作者,斯克里普斯研究学院化学副教授拉马纳拉扬扬·克里希那穆西(Ramanarayanan Krishnamurthy)博士说:“这一发现是朝着详细的化学模型发展迈出的重要一步,该化学模型是如何起源于地球的。

这一发现也使生命化学的领域远离了近几十年来一直占据主导地位的假说:“ RNA世界”假说假定第一个复制子是基于RNA的,而DNA仅在后来作为产物出现RNA生命形式。

RNA太粘吗?

克里希那穆提(Krishnamurthy)等人对“ RNA世界”的假设提出了怀疑,部分原因是RNA分子可能太“粘”而无法充当第一个自我复制者。

RNA链可以吸引其他单个RNA结构单元,并粘附在其上形成一种镜像链-新链中的每个结构单元都与原始“模板”链上的互补结构单元结合。如果新链可以脱离模板链,并通过相同的过程开始模板化其他新链,那么它就可以实现构成生命的自我复制的壮举。

但是,尽管RNA链可能擅长模板化互补链,但它们却不擅长与这些链分离。现代生物体产生的酶可以迫使RNA或DNA的双链走分开的路径,从而实现复制,但目前尚不清楚在没有酶的世界中如何做到这一点。

嵌合的解决方法

Krishnamurthy及其同事在最近的研究中表明,部分DNA和部分RNA的“嵌合”分子链可能已经解决了这一问题,因为它们可以以一种不太粘的方式模板化互补链,从而使它们相对容易地分离。

化学家们在过去几年中被广泛引用的论文中还表明,在早期地球的化学条件非常相似的情况下,可能分别形成了简单的核糖核苷和脱氧核糖核糖核酸(RNA和DNA)。

此外,在2017年,他们报告说有机化合物DAP可能在修饰核糖核苷并将它们串在一起形成第一条RNA链方面发挥了关键作用。这项新的研究表明,在类似条件下的DAP对DNA可能具有相同的作用。

“令我们惊讶的是,当脱氧核苷并不完全相同,而是不同DNA'字母'(例如A和T或G和C,如真实DNA)的混合物时,使用DAP与脱氧核苷反应会更好,克里希那穆提实验室的博士后研究员,第一作者埃迪·吉门尼斯(EddyJiménez)博士说。

“现在,我们已经更好地了解了原始化学方法是如何制造出第一批RNA和DNA的,我们可以开始将其用于核糖核苷和脱氧核苷构件的混合物,以观察形成了哪些嵌合分子,以及它们是否能够自我复制和进化,克里希那穆提说。

他指出,这项工作也可能具有广泛的实际应用。DNA和RNA的人工合成(例如在COVID-19测试的基础上的“ PCR”技术中)是一项庞大的全球业务,但取决于相对脆弱的酶,因此存在许多局限性。Krishnamurthy说,用于制造DNA和RNA的可靠,无酶的化学方法在许多情况下可能最终更具吸引力。

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