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更接近生命之黎明

探索 RNA 生命形式如何在地球上通过原始细胞起源,以及 Szostak 研究中 RNA 分子的进化。

作者:Carl Zimmer
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今天,科学家们在创造可能成为地球第一批居民的简单生命形式方面又迈进了一步。我为《发现》杂志六月刊写了一篇关于这个团队的专题报道,该团队由哈佛医学院的杰克·索斯塔克(Jack Szostak)领导。索斯塔克和他的同事怀疑生命最初并非始于 DNA、RNA 和蛋白质,而仅仅是 RNA。这种原始 RNA 不仅携带生命的遗传密码,还能组装新的 RNA 分子并完成其他生化任务。索斯塔克和其他人已经在他们的实验室中创造了条件,使今天的 RNA 能够进化成能够执行这些原始任务的形式。到目前为止,他们进化的 RNA 分子可以使用另一个 RNA 分子作为模板来组装短 RNA 片段。

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基于 RNA 的生命大概不仅仅是松散的遗传物质,而是组织成原始细胞。去年,索斯塔克和他的学生们证明,RNA 可以自发地进入由脂肪酸组成的泡泡中——换句话说,就是原始细胞。这些原始细胞可以通过吸收新的脂肪酸而生长。当索斯塔克的团队将这些原始细胞推过微小的孔隙(就像在海底岩石中可能发生的那样)时,较大的原始细胞会分裂成较小的细胞,每个细胞内部都含有 RNA。

索斯塔克的原始细胞必须满足三个标准才能成为生命。它们必须携带遗传密码。它们必须能够生长和繁殖。而且在繁殖时,它们必须能够进化。索斯塔克已经朝着第一个和第二个标准迈出了一些重要的步伐,而今天,他和他的同事们朝着第三个标准迈进。《科学》杂志上,他们报告称,他们的原始细胞会争夺构建膜所需的脂肪酸。他们将含有 RNA 的原始细胞与空壳混合在一起。原始细胞中 RNA 的存在改变了膜的物理特性,在膜中产生了张力。另一方面,空壳则更松弛。因此,原始细胞将脂肪酸从附近的空壳中拉走。含有 RNA 的原始细胞变大,而空壳变小。

索斯塔克和他的同事们认为,这种对膜材料的竞争可能推动了能够快速自我复制的 RNA 的进化。RNA 在原始细胞中自我复制得越快,它就能从较慢的邻居那里攫取越多的脂肪酸。通过攫取脂肪酸,它可以更快地生长和分裂。

这个理论有趣的地方在于它的简单性。索斯塔克并没有费心于一支由 RNA 分子组成的“军队”,其中一些专门用于支持细胞结构,一些专门用于构建膜,另一些专门用于产生新的 RNA。即使是一个可以自我复制的极其简单的基于 RNA 的生物体,也可能利用自然选择的力量。

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