地球上的第一个基因可能是杂交种

英格兰、苏格兰和波兰的科学家说，DNA和RNA是支撑所有地球生物的两种主要现代遗传密码形式，在这里出现生命之前，它们可能在我们的星球上以严格的配对共存。研究人员利用一种基于氰化氢的化学系统来模拟地球早期历史的条件，制造了四个碱基，即遗传字母表的分子“字母”。这些碱基串在一起，形成基因序列，细胞可以将其翻译成蛋白质。但令人惊讶的是，研究小组发现，在他们的实验一贯制造的四个碱基中，有两个是在DNA中发现的形式，而另外两个是在RNA中发现的那种形式。

这项研究发表在“自然”杂志上，由英国剑桥医学研究理事会分子生物学实验室的约翰·萨瑟兰(John Sutherland)和他的同事进行，进一步削弱了所谓的RNA世界假说。这一观点长期以来一直是生命起源研究中最突出的观点之一，它认为早在DNA和其他对生命重要的分子出现之前，RNA就已经形成了地球生物圈的基础。然而，到目前为止，几乎没有证据表明该想法的僵化版本所采用的RNA排斥系统或可能导致DNA的化学途径。“人们倾向于认为RNA是DNA的母体，”萨瑟兰说。“这(论文)表明他们是分子兄弟姐妹。”

然而，其他没有参与这项研究的科学家质疑这条以氰化氢为基础的路线使用的条件是否可信。法国国家科学研究中心位于奥尔良的分子生物物理中心的外部生物学小组主任弗朗西丝·韦斯特尔(Frances Westall)指出，形成这些基地需要非常特殊的条件。混合物需要干燥并暴露在紫外线下-这两个障碍在陆地上最容易克服，在40亿多年前我们星球被海洋覆盖的早期，陆地上的陆地供不应求。“这些条件在早期的地球上肯定存在，”韦斯特尔说。“它们不会那么常见，因为没有那么多裸露的陆地。”尽管她补充说，这项研究“很聪明”，“并不是完全不可能的”，但她总结说，“关于生命和益生菌分子出现的地点，还有其他更好的假设。”

自20世纪50年代初美国研究人员斯坦利·米勒(Stanley Miller)和哈罗德·尤里(Harold Urey)进行了一项里程碑式的实验以来，关于合理性的争论一直困扰着这项以化学为基础的探索，以了解地球上生命的起源。这两个人通过在装有氢、水、氨和甲烷的烧瓶中触发放电，模拟了早期地球大气和海洋中闪电的影响。尽管他们的实验产生了对生物化学至关重要的相当大的有机分子，但几十年来，其他研究人员一直在争论其条件的似是而非。然而，米勒和尤里的工作表明，制造重要物质相对简单，比如连接在一起形成蛋白质的氨基酸，这些蛋白质在活细胞内执行多种功能。与生命起源研究特别相关的是，蛋白质可以充当催化剂，增强和加速其他化学反应，否则这些化学反应可能会太慢或太低而不可能发生。但蛋白质并不是地球上生命兴起背后唯一可能的催化剂。

在最终获得1989年诺贝尔化学奖的工作中，分子生物学家西德尼·奥尔特曼(Sidney Altman)和生物化学家托马斯·切赫(Thomas Cech)发现，RNA-长期以来一直被认为只是遗传信息的中间载体，仅次于DNA-也可以起到催化剂的作用。RNA世界假说表明，这些分子可以自我复制，使DNA和蛋白质出现之前的早期进化成为可能。然而，萨瑟兰说，这个想法“是对一项辉煌发现的过度热情、过度热情的回应”。

这种反应可能部分是因为，对于一个天真的化学家来说，从RNA跳到DNA看起来很容易。为了创造我们经常看到的缠绕成DNA标志性双螺旋的长链，碱基首先连接到糖分子的“主干”上。这些组合组成了核苷：DNA中的脱氧核糖核苷酸和RNA中的核糖核苷-与它的DNA表亲不同，RNA形成一个单一的螺旋。核苷不使用食糖或蔗糖，而是RNA中的核糖和DNA中的脱氧核糖(不同的糖赋予每种物质第一个字母)。这两种糖之间的区别很小：只有一个氧原子和一个氢原子。然而，这种差异足以让DNA和RNA具有不同的生物学作用。生物化学去除原子远比简单地擦除笔记本上代表它们的字母要难得多。

RNA世界想法的另一个缺陷是，在可能存在于地球早期的条件下制造核糖，然后将其连接到碱基上是困难的。因此萨瑟兰和他的同事们寻求

萨瑟兰说，这种安排“表明制造RNA和DNA的化学成分并不像人们想象的那样不同”。“人们倾向于认为RNA出现在DNA之前，然后以某种方式被接管。对我来说，这表明你有可能拥有RNA-DNA杂交体，然后可能产生两个不同的分子。“。然而，萨瑟兰的团队尚未将单个核苷和核糖核苷组装成更长的链。这样做很重要，因为证明杂交链可以真正形成并结合到伙伴链上，这对于推动这个想法超越猜测是至关重要的。

对于没有参与这项研究的佐治亚理工学院生命起源研究员尼古拉斯·胡德(Nicholas Hud)来说，这是一个关键问题。他称这是一本关于水基核苷合成的“极好的有机化学研究汇编”。但胡德并不相信这篇论文解决了这些核苷是否真的出现在生物之前。他自己的研究表明，在RNA之前，氨基酸可能已经连接起来携带信息并充当催化剂。HUD认为，进化将在很长一段地质时间内逐渐产生目前的遗传系统。他说：“如果一个分子从化学的角度看起来很难制造，但它在生物学中的功能却很精致，那么它很可能是随着时间的推移而进化出来的。”出于同样的原因，他也对RNA世界假说持怀疑态度。

此外，胡德认为这项新研究依赖于严格的增量步骤，每个步骤都是在严格的顺序和严格控制的条件下进行的，这是一个重大的弱点。胡德说，如果步骤的顺序改变了，或者某些产品没有被分离出来，萨瑟兰和他的同事们就会少制造他们感兴趣的物质。这一警告降低了在早期地球混乱的环境中发生这种情况的可能性。

萨瑟兰承认，如果没有时光机让我们回到地球上生命的真正起源，在这个稀有的研究领域，“似是而非就是一切”。即便如此，他还是坚定地支持他的团队在建立通往生命基石的化学路线方面所做的工作。萨瑟兰断言：“有很多很多的手指指向氰化氢。”“这能证明这一切都是氰化氢造成的吗？这并不能证明这一点。但对我来说已经足够好了。“