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【科普?qǐng)@地】
◎本報(bào)記者張佳欣
現(xiàn)代生命離不開(kāi)三樣?xùn)|西：DNA、蛋白質(zhì)和RNA。
但問(wèn)題是，它們不可能同時(shí)出現(xiàn)。蛋白質(zhì)就像建筑工人和建筑材料，沒(méi)有蛋白質(zhì)，DNA無(wú)法復(fù)制；DNA就像建筑藍(lán)圖，沒(méi)有DNA，蛋白質(zhì)無(wú)法構(gòu)建。為了解開(kāi)這個(gè)“先有雞還是先有蛋”的難題，科學(xué)家提出了一個(gè)影響深遠(yuǎn)的假說(shuō)：“RNA先行”。在這個(gè)設(shè)想中，RNA分子身兼雙職：既是承載遺傳信息的藍(lán)圖，也是催化化學(xué)反應(yīng)的“工人”。最早的生命，也許只是一些能自我復(fù)制的RNA分子。
這個(gè)假說(shuō)聽(tīng)起來(lái)很完美，但幾十年來(lái)始終卡在一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題上：RNA這么復(fù)雜的分子，真的能在原始地球那個(gè)混亂的環(huán)境里，自然、自發(fā)地形成嗎？
為了破解這個(gè)謎題，科學(xué)家不再孤立地測(cè)試單個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是模擬一個(gè)更完整、更真實(shí)的早期地球環(huán)境。
那個(gè)場(chǎng)景大約在43億年前，地球由火山玄武巖構(gòu)成了地下含水層。那時(shí)的大氣中充滿(mǎn)了二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣和?lái)自火山噴發(fā)的硫化物，整個(gè)星球正經(jīng)歷著劇烈的地質(zhì)變動(dòng)。
科學(xué)家依據(jù)一個(gè)名為“不連續(xù)合成模型”（DSM）的路線(xiàn)圖，將RNA的形成過(guò)程拆解為6個(gè)相互關(guān)聯(lián)的化學(xué)步驟，試圖還原RNA“從零開(kāi)始”生成的全過(guò)程：從大氣中的簡(jiǎn)單氣體出發(fā)，逐步生成五碳糖、堿基和磷酸，再把這些“零件”拼接成RNA鏈。關(guān)鍵不在于單個(gè)步驟是否可行，而在于這些步驟能否在自然環(huán)境中一環(huán)扣一環(huán)地自動(dòng)進(jìn)行到底。
實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)關(guān)鍵角色，就是硼酸鹽礦物。此前，許多研究認(rèn)為硼酸鹽可能會(huì)“搗亂”，因?yàn)榕鹚猁}有個(gè)“壞習(xí)慣”，它特別喜歡緊緊“抓住”其他分子，形成穩(wěn)定的復(fù)合物?？茖W(xué)家擔(dān)心，它會(huì)“鎖死”反應(yīng)的關(guān)鍵中間體，讓整個(gè)合成過(guò)程戛然而止。
然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻帶來(lái)了戲劇性的反轉(zhuǎn)。硼酸鹽像一名“清潔工”，不斷帶走反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，同時(shí)穩(wěn)定反應(yīng)所需的酸堿環(huán)境，反而讓RNA合成更加順暢。
在玄武巖和硼酸鹽的共同作用下，奇跡發(fā)生了。在無(wú)人干預(yù)的容器中，那些簡(jiǎn)單的原料開(kāi)始自動(dòng)遵循DSM的6步路徑，有序地發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)化，它們最終成功連接成了長(zhǎng)度達(dá)100—200個(gè)單元的RNA鏈。
現(xiàn)在，我們終于知道，RNA完全可以在早期地球真實(shí)的地質(zhì)條件下，“從零開(kāi)始”自主合成。雖然這并不意味著科學(xué)家已經(jīng)重現(xiàn)了生命的誕生，但這些結(jié)果至少說(shuō)明，生命起源最困難的步驟之一，即信息分子的自然形成，在化學(xué)上是可行的。這些發(fā)現(xiàn)讓我們離最終解開(kāi)生命起源之謎更近一步。
（責(zé)任編輯：梁艷）
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