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四十亿年前原始DNA有序自组装:成生命基础

 四十亿年前原始DNA有序自组装:成生命基础

图片显示的一滴浓缩的纳米-DNA,其中含有偏振光下才能看到的液晶滴(左侧)。这些液晶滴扮演着“微反应器”的作用,短链DNA可以在没有生物学反应的情况下自组装形成长链的聚合物。

北京时间4月23日消息,据国外媒体报道,一项由科罗拉多大学博尔德分校和米兰大学共同完成的新研究称,在大约四十亿年前,类似脱氧核糖核酸(DNA)的分子片段可能通过自组装的方式,形成重复的长链分子,并最终成为原始生命的基础。

尽管对古矿物质组成的研究已经为35亿至38亿年前(地壳稳定之后约5亿年时)的细菌演化提供了部分证据,但在这些单细胞出现之前发生的事情,依然是一个未解之谜。论文共同作者、科罗拉多大学博尔德分校的物理学教授诺尔 克拉克(Noel Clark)介绍,此次的新研究揭示了核酸的非生物起源中一个重要的阶段,而核酸正是生物有机体的基础。

该研究由米兰大学的托马索 贝利尼(Tommaso Bellini)主持,论文发表在近期的《自然-通讯》Nature Communications)杂志上。

20世纪80年代,科罗拉多大学博尔德分校的杰出教授、诺贝尔化学奖得主托马斯 切赫(Thomas Cech)发现核糖核酸(RNA)能通过化学方式改变自身结构,他和同事们发展了“RNA世界学说”,即原始生命来自一个RNA链“池”,能够利用环境中已有的简单分子合成长链分子。诺尔 克拉克称,目前大多数生命起源研究者的意见认为,RNA链太过特化,因而不可能是随机化学反应的产物,新的研究提供了更加合理的解释。

新研究揭示了DNA片段的自组装机制,这些片段只有几纳米长,能组装成有序的液晶相,这些液晶相组合体具有驱动化学键形成,并连接短链DNA形成长链分子的能力。这一过程无需生物学反应。液晶是物质介于液体和固态晶体之间的一种形态,它能像液体一样流动,但其分子排列更像固态晶体。

近几年来,该研究团队一直致力于探索DNA在早期地球如何出现的假说。该假说认为,DNA的出现方式与其结构特征和自组织的机制有关。在“前RNA世界”(pre-RNA world),核酸分子(DNA和RNA)片段的自发组装可能为后来的聚合物 由大量重复的单元组成 形成提供了模板。

克拉克说:“新发现显示,在合适的化学条件下,小的DNA片段可以自发组装成许多短的双链分子,并合成更长的聚合物,从而为RNA世界提供一个RNA前体路径。”