氨基酸作为RNA产生的催化剂

生命如何出现的问题是科学界最古老的谜团之一。在一项新的研究中，LMU教授Dieter Braun的实验室发现了生命基本组成部分之间一种意想不到的分子协作形式。研究人员发现，氨基酸——早期地球上简单而丰富的分子——可以在温和的益生元条件下积极促进RNA的聚合。

这一发现挑战了长期以来关于生命起源时“RNA世界”的假设，并表明生命可能是通过RNA和氨基酸之间更平衡的相互作用开始的。

由不同构建块组成的生物聚合物对生命系统至关重要。RNA是一种由四个碱基组成的分子线，它为从氨基酸生产蛋白质创造了蓝图。这些蛋白质反过来又驱动细胞内的所有生化反应。

该研究的首席研究员布劳恩问道：“我们今天所知道的生命是两种信息聚合物的复杂协作：RNA和蛋白质。最大的问题是：它们为什么以及如何在生命开始时结合在一起，甚至在达尔文分子进化开始之前？”。

研究人员的研究现已发表在《自然通讯》上，他们证明，在氨基酸存在的情况下，RNA分子的形成增加了100倍。这一过程归因于氨基酸胺基驱动的一种酸碱催化形式。在碱性pH值下，氨基酸以中性和带负电荷的形式存在，使它们能够在聚合反应中穿梭质子，从核糖核苷2′，3′-环磷酸盐形成RNA——这是一个益生元上合理的起点。

“我们的发现缩小了我们对早期进化的理解中的一个关键差距。到目前为止，我们知道蛋白质是如何由RNA的催化机制制造的，但现在我们开始了解蛋白质的构建块是如何帮助RNA形成的。这项研究的主要作者Saroj Rout说：“正是生命的两个核心分子的相互依赖重塑了我们对生命分子起源的看法。”。

氨基酸的这种催化能力，即使是最简单的形式，也没有掺入复杂的蛋白质中，表明其在扩增RNA形成中具有明显的功能作用。值得注意的是，反应发生在室温下，碱度适中，盐浓度低，这些条件有利于RNA的长期稳定性和复制。

有趣的是，促进氨基酸催化RNA合成的pH值升高也支持RNA模板化，其中短链RNA通过连接引导互补序列的组装。这导致了自催化复制网络，最终为达尔文进化论奠定了坚实的基础。

根据研究人员的说法，这些结果强调了碱性环境的重要性，这在之前的生命起源实验中经常被忽视。例如，在火山岛上也发现了类似的碱性环境。

布劳恩说：“我们的发现对RNA世界假说进行了令人信服的修订。”。“它们在进化的早期阶段为RNA和氨基酸之间的合作开辟了机会，使我们更接近在实验室环境中重建生命的第一步。”