諾獎得主發現生命的新成分

史前的地球，並沒有像今天這般平靜，它曾經歷過一段被小行星不斷轟炸的時期。那時的地球滿目瘡痍，到處都是冒著泡的地熱池，看上去似乎完全不適宜生命的發展。

但就在這個還未出現生命的世界的某個角落，一些化學物質以精準的順序聚集到了一起，形成生命所必不可少的基本構成要素。這樣的壯舉究竟是如何做到的？這是科學家夢寐以求想要破解的問題。

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○ 早期地球的藝術想像圖。火山、風暴和熱池提供了創造生命所必須的化學成分。

或許，我們可以在實驗室中，創造出一個與當時環境類似的微型地球？幾十年來，科學家的確是這麼做的，他們想要在實驗室中尋找導致地球上生命開始的化學路徑。

追尋生命起源的故事是一件極具吸引力的事。這種追求令人激動之處不僅僅在於探索與我們自身相關的奧秘。如果我們能夠知道地球是如何創造出第一個細胞的，或許就能為我們尋找外星生命提供信息。如果我們能夠識別那些可激發生命自發出現的成分與環境，就能在茫茫宇宙中的其他行星上尋找類似的條件。

蛋白質、DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸），是生命所需的三大部分。有許多研究生命起源的研究人員傾向於相信RNA是其中最早形成的；還有一部分科學家認為蛋白質和聚合物的出現先於遺傳物質。RNA是一種複雜且「多才多藝」的分子，它能儲存和傳遞遺傳信息，能幫助合成蛋白質，還能在無數反應中充當催化劑，這些豐富「才藝」使它成為第一批細胞主幹的有力候選。

為了驗證這個「RNA世界假說」，研究人員面臨兩項挑戰。首先，他們要確定的是，有哪些成分參與了RNA的四種核苷酸——腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）——的合成。其次，他們需要確定RNA是如何儲存和複製遺傳信息以便自我複製的。

到目前為止，科學家已經在尋找C和U的前體方面取得了重大進展，但A和G仍然難以捉摸。現在，在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表的一篇論文中，哈佛大學的化學與化學生物學教授Jack W. Szostak與論文的第一作者、研究生Seohyun Chris Kim提出，RNA可能始於一組不同的核苷酸鹼基。肌苷（I，由次黃嘌呤與核糖結合而成的核苷）作可以為替代品，取代RNA中的鳥嘌呤G。

○ Jack Szostak榮獲了2009年的諾貝爾醫學獎。之後，他決定追求一個新的挑戰：生命的化學起源。| 圖片來源：Harvard University

Kim說：「我們的研究表明，最早的生命形式可能起源於與現代生命不同的一組鹼基。」換句話說，他們認為第一批RNA所包括的核苷為A、U、C和I（肌苷），而非現代生命中的A、U、C和G。

這個結論是如何得出的？研究人員一直試圖在實驗室製造出嘌呤基核苷酸A和G，結果卻產生了太多不想要的副產物。但是最近，他們發現了一種從原始地球上的可用材料中，製造出不同版本的腺苷（由腺嘌呤與核糖構成的化合物）和肌苷——8-氧代-腺苷（8-oxo-adenosine）和8-氧代-肌苷（8-oxo-inosine）的方法。因此，Kim和他的同事就開始著手研究如果RNA是由這些類似物構成的，是否還能有效地進行複製。

但是，實驗中的替代品沒能發揮作用。雖然8-氧代-嘌呤RNA仍在嘗試執行它的功能，但它失去了自我複製所需的速度和準確性：如果複製得太慢，那麼它在這個過程完成之前就會分解；如果複製過程出現太多的錯誤，它就不能作為用以傳播和進化的一個可靠工具。

儘管表現不佳，8-氧代-嘌呤RNA還是帶來了一項意想不到的驚喜。作為測試的一部分，研究小組將8-氧代-肌苷的能力與肌苷的能力進行對照比較。結果發現，與8-氧代-肌苷不同的是，肌苷能讓RNA高速並鮮少出錯地進行複製。研究小組總結說：「結果表明，在RNA複製反應中，肌苷表現出了合理的速率和保真度。我們認為肌苷在早期的生命湧現中可以替代鳥苷（鳥嘌呤核苷）。」

Szostak和Kim的發現為尋找原始RNA和最初生命的潛在化學途徑奠定了基礎。隨著時間的推移，他們的工作或許會證實RNA在我們的起源故事中所扮演的主要角色。或許，科學家會發現早期的地球為生命的成長提供了多種途徑。或許在這些知識的武裝下，科學家最終能夠識別出其他擁有這些基本成分的行星，從而確定在這個宇宙中，是否還有其他生命與我們同在，還是說我們的確是獨特而孤獨的。

文： Caitlin McDermott-Murphy

原文鏈接：

https://chemistry.harvard.edu/news/life-has-new-ingredient

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