地球上最大的謎題，有了新的發(fā)現(xiàn)

據(jù)我們所知，地球形成于大約45.5億年前，剛開始的時候，地球上是沒有生命存在的。既然如此，那生命是如何在地球上起源的呢？

實(shí)際上，這被認(rèn)為是地球上最大的謎題，科學(xué)家們也一直在致力于相關(guān)的研究，這不，根據(jù)近日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究，科學(xué)家在這方面有了新的發(fā)現(xiàn)，下面我們就來具體了解一下。

關(guān)于地球生命的起源，目前認(rèn)同度相對較高的觀點(diǎn)被稱為“化學(xué)起源說”，該假說認(rèn)為，地球上的生命，應(yīng)該是非生命物質(zhì)在漫長的時間里通過一系列極為復(fù)雜的化學(xué)過程逐漸演化而來，而這也是此次研究的理論基礎(chǔ)。

已知的研究表明，生命的核心有兩個“主角”，一個是蛋白質(zhì)，另一個是核酸，也就是我們經(jīng)常聽到的DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。

為方便理解，我們可以將蛋白質(zhì)想象成一群勤勤懇懇的“工人”，生命活動里絕大部分事情都是它們干的。

而核酸則是“圖紙”和“工程師”，它們記錄了生命所有的遺傳信息，會指導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)該在什么時候、用什么材料、以及如何去制造哪一種蛋白質(zhì)。

其中DNA就像是存儲在“檔案館”（細(xì)胞核）里的完整圖紙，RNA則會在這個“檔案館”復(fù)印出特定片段，并將其拿到細(xì)胞的“生產(chǎn)車間”（核糖體）去指導(dǎo)制造蛋白質(zhì)的具體工作。

現(xiàn)在問題來了，在生命誕生之初，到底是先有能干活的“工人”（蛋白質(zhì)），還是先有“圖紙”和“工程師”（核酸）呢？

這是一個令人困惑的謎題，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)雖然能干活，但它們卻需要按核酸的信息來指導(dǎo)工作，而核酸的信息又需要復(fù)雜的蛋白質(zhì)機(jī)器（比如說核糖體）來完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程。

為了對其進(jìn)行解釋，科學(xué)家提出了“RNA世界”假說，其內(nèi)容簡單來講就是，早期生命形式以RNA為核心分子，它們既是信息的載體，又是功能的執(zhí)行者，隨著進(jìn)化，更穩(wěn)定的DNA逐漸取代RNA成為主要的信息載體，而蛋白質(zhì)則逐漸成為了功能的執(zhí)行者。

在過去的日子里，這個假說已經(jīng)有一定證據(jù)的支持，例如科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有些RNA既能像DNA一樣存儲信息，還能像某些蛋白質(zhì)一樣，把自己折疊成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，去執(zhí)行特定的功能。

那么，生命是如何從那個“RNA承包所有”的狀態(tài)，過渡到今天我們所看到的樣子的呢？相對來講，DNA還好說，因?yàn)镈NA的脫氧核糖核苷酸可以由RNA的核糖核苷酸通過脫氧反應(yīng)演化而來，而解釋蛋白質(zhì)如何逐漸成為絕對的功能主力，卻有點(diǎn)困難。

簡單來講，要實(shí)現(xiàn)這個過程，首先就需要RNA找到一種方法，將一個一個的氨基酸（也就是蛋白質(zhì)的基本組成單位）按特定的規(guī)律組合起來，最終“制造”出特定的蛋白質(zhì)。

所以RNA要做的第一件事，就是將自己和氨基酸“綁定”（即把一個氨基酸分子，連接到一個RNA分子的末端），你可以把氨基酸和RNA想象成兩塊光滑的積木，它們自己是拼不到一起的，而是需要一種具有能量的“膠水”，先激活其中一塊，然后再把另一塊“粘”上去。

然而科學(xué)家們過去嘗試了很多種可能的“膠水”，但效果都不好。

要知道原始地球的海洋是水的世界，很多具有高能鍵的化學(xué)物質(zhì)一進(jìn)到水里就變得非常不穩(wěn)定，很快就分解了，根本來不及完成這個精細(xì)的“粘合”工作，又或者，它們會引發(fā)一堆錯誤的化學(xué)反應(yīng)，讓氨基酸亂成一團(tuán)，而不是連到RNA上去。

所以尋找一個合適的、能在水中穩(wěn)定工作、又能精確地把氨基酸“粘”到RNA上的“膠水”，就成了揭開這個謎題的鑰匙。

實(shí)際上，此次研究正是在這方面有了新的發(fā)現(xiàn)，在研究工作中，科學(xué)家沒有去猜那些可能存在于原始地球上的化學(xué)物質(zhì)，而是反過來，從現(xiàn)在的生命體中去尋找靈感，他們發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代生物的細(xì)胞里，有一類非常重要的化學(xué)物質(zhì)——“硫酯”（thioester）。

簡單來講，“硫酯”是一種由硫原子與酰基共價結(jié)合形成的化學(xué)物質(zhì)，其化學(xué)鍵為高能鍵，它們在生命細(xì)胞的新陳代謝里扮演著關(guān)鍵的“能量中轉(zhuǎn)站”角色。

所以科學(xué)家就推測，這個“硫酯”可能就是一種理想的“膠水”，于是他們在實(shí)驗(yàn)室里模擬了一個極簡版的“原始湯”，這里面只有水，pH值是中性的，跟原始地球上的條件差不多，然后他們把RNA、氨基酸和“硫酯”這三個“主角”放了進(jìn)去。

令人振奮的是，科學(xué)家在經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，氨基酸可以通過“硫酯”的幫助，轉(zhuǎn)移到RNA分子的末端，形成“氨基酸-RNA”中間態(tài)，更進(jìn)一步，他們還觀察到短肽（peptide）的形成——也就是多個氨基酸連成了短鏈，這條短鏈“掛”在RNA上，形成了“肽基-RNA”（peptidyl-RNA）。

更重要的是，上述過程在化學(xué)條件上只是基于簡單、可在水相中發(fā)生的化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，而這也就意味著，在生命起源的過程中，“硫酯”很可能就是那個“膠水”，在它們的幫助下，RNA才第一次成功地將自己和氨基酸“綁定”在一起。

科學(xué)家表示，雖然此次研究的結(jié)果并沒有完全解開生命起源這個地球上最大的謎題，但它卻向我們展示了其中的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，它表明了RNA和氨基酸的連接在化學(xué)上是完全可行的，并且可能是一個相當(dāng)普遍的自然過程，下一步，我們就可以在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)探尋更深層次的答案。

參考資料：Singh, J., Thoma, B., Whitaker, D. et al. Thioester-mediated RNA aminoacylation and peptidyl-RNA synthesis in water. Nature 644, 933–944 (2025). doi.org/10.1038/s41586-025-09388-y