研究表明RNA分子的化学性质如何促进生命的起源

How was complex life able to develop on the inhospitable early Earth? At the beginning there must have been ribonucleic acid (RNA) to carry the first genetic information. To build up complexity in their sequences, these biomolecules need to release water.

复杂的生命是如何在荒凉的早期地球上发展起来的?一开始一定有核糖核酸(RNA)携带第一个遗传信息。为了增加其序列的复杂性,这些生物分子需要释放水分。在早期的地球上,大部分被海水覆盖,这并不容易做到。

在《美国化学学会杂志》(JACS)上发表的一篇论文中,LMU教授Dieter Braun团队的研究人员表明,在RNA与周围水的斗争中,其自然循环能力和合适的环境条件可能是决定性的

“RNA的构建块在不断增长的RNA链中形成的每一个键都会释放一个水分子,”益生元环境中分子进化合作研究中心发言人兼ORIGINS卓越集群协调员Braun解释道

“相反,当水被添加到RNA分子中时,RNA构建块被反馈到益生元池中。”这种水的周转在低盐水和高pH水平的条件下尤其有效。Adriana Serrã说:“我们的实验表明,在早期地球火山岛上盛行的条件下,生命可以从一组非常小的分子中产生。”;o、 该研究的主要作者

在这些条件下,RNA具有在不添加水分子的情况下分裂的能力。RNA链的末端保持无水,可以自发地重新形成新的RNA键。Braun的实验室证明,在复制序列信息时,这种分裂的RNA的重新结合有效且具有显著的精度

只有当RNA构建块以双链构型与具有精确匹配碱基对的模板RNA分子结合时,才会发生这种过程。这在通过加水分解之前产生了现有RNA链的拷贝

以前人们认为,RNA只能通过“随机”构建长度约为200个核苷酸的序列来自我复制—所谓的核酶。然而,核酶只能在生理盐水中工作,从而在RNA敌对的环境中工作

由于这项新研究的结果,在RNA进化的早期阶段,这些复杂的核酶序列是不必要的。该研究的主要作者Sreekar Wunnava说:“这种精度与核酶复制RNA相当。”。“这意味着RNA世界可以在不需要长复杂序列的情况下出现。”

因此,早期生命由一个非常简单的代谢过程组成,通过用回收分子连续替换来复制RNA序列。要实现这一点,只需要一个碱性淡水环境,就像今天夏威夷群岛或冰岛等火山岛上仍然存在的那样

Braun解释道:“因此,生命可能是从一种简单、寒冷的益生元原始RNA构建块汤中产生的。”

尽管在这些条件下反应发生得非常缓慢,需要几天才能完成,但进化开始时并不缺乏时间,原始火山岛上寒冷的淡水避难所使RNA得以在原本不适宜居住的早期地球上生存