这篇文章发表在 大众科学 的前博客网络上,并反映了作者的观点,不一定反映 大众科学 的观点。
嗯,也许你往上数到第一百万代的曾祖母是。
理解生命的起源和生命最早期的机制,对于探索地球生物历史和探索宇宙中其他生命同样重要。我们非常确信单细胞生物——细菌和古菌——是最早在这个星球上出现的“生物”,但在此之前发生了什么是激烈且常常存在争议的辩论的焦点。
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对于这些生物的前身,一种可能性是存在一个没有 DNA 的世界,但却拥有最终导致进化到 DNA 及其相关机制的裸分子片段。沃尔特·吉尔伯特(诺贝尔化学奖得主)在 1986 年的自然杂志上发表了一篇有影响力的论文中提出了这个想法,他详细阐述了卡尔·沃斯的一个想法——卡尔·沃斯早些时候将古菌确定为生命的一个独特分支。这种古老的生物分子系统被称为 RNA 世界,因为它由核糖核酸序列 (RNA) 组成,但缺乏脱氧核糖核酸 (DNA) 的永久存储机制。
RNA 世界假说的关键部分是,除了在其序列中携带可复制的信息外,RNA 分子还可以执行酶的职责,催化反应——维持一个繁忙的、自我复制的、不断进化的生态系统。在这种图景中,RNA 不断进化,直到蛋白质等物质出现,那时事物才能真正加速朝着更复杂和更熟悉的生命形式发展。对于我们所知的生命的垫脚石来说,这是一个很有吸引力的图景。
在现代生物体中,一种称为核糖体的非常复杂的分子结构是关键的机器,它可以读取信使 RNA(从原始 DNA 中衍生出来)中的信息,然后通过从细胞环境中抓取氨基酸并将它们组装在一起来根据这个蓝图组装蛋白质。核糖体非常神奇,它们也由大量的 RNA 分子和蛋白质分子混合组成。
但是,所有这一切可能存在一个问题,它与大约 40 亿年前无蛋白质 RNA 世界的想法有关。在 Harish 和 Caetano-Anollés 在开放获取期刊 PLos One 上发表的一项新的、具有挑衅性的研究中,一个论点被提出,认为 RNA和蛋白质的共同进化是像核糖体这样复杂的东西产生的更合理的方式。在常规的 RNA 世界假说中,情况并非如此,RNA 有效地是排他性的,直到最终蛋白质出现。然而,这项新工作的作者应用了系统发育学的工具——测量关键分子序列和结构之间的进化距离或年龄——来“测定”现代核糖体不同部分的“年代”。有趣的是,核糖体的 RNA 和蛋白质部分似乎都遵循相似的进化跨度,这表明这种极其复杂的分子是在一个由蛋白质和 RNA 组成的世界中逐渐聚集起来的,并且蛋白质已经通过涉及 RNA 的其他机制制造出来。一旦核糖体发展起来,蛋白质制造就可以真正以新的方式起飞,但这可能不是它们的起源。
这当然是一个引人入胜的想法,一个“核糖核蛋白世界”假说,尽管时间会证明它是否会被进化分子生物学家接受。它也暗示了核糖体可能是我们可能认为的共生关系的最早成果之一的概念。所以,你的祖母很可能是一个分子,实际上是一个核糖体。