对可能的生命起源的新见解:研究人员首次创造出可复制的 RNA 分子
生活艺术家观念的由来
实验揭示了 RNA 的分子进化。
东京大学的研究人员首次能够根据达尔文进化论创造出一种复制、多样化和发展复杂性的RNA分子。这提供了第一个经验证据，证明简单的生物分子可以导致复杂的逼真系统的出现。
生活有很多大问题，尤其是我们从哪里来？也许你已经看过从猿到人（到疲惫的上班族）的图片的 T 恤。但是从简单的分子到复杂的细胞再到猿呢？几十年来，一种假设是 RNA 分子（对细胞功能至关重要）存在于原始地球上，可能与蛋白质和其他生物分子一起存在。然后在大约 40 亿年前，它们开始自我复制，并从一个简单的单个分子发展成多样化的复杂分子。这种逐步的变化可能最终导致了我们所知的生命的出现——一系列美丽的动物、植物以及介于两者之间的一切。
尽管对这一理论进行了很多讨论，但很难在物理上创建这样的 RNA 复制系统。然而，在《自然通讯》上发表的一项研究中，东京大学艺术与科学研究生院的项目助理教授 Ryo Mizuuchi 和 Norikazu Ichihashi 教授及其团队解释了他们如何在他们见证了从化学系统向生物复杂性的转变。
RNA 分子在 37 摄氏度的油包水液滴中孵育 5 小时。然后使用含有无 RNA 营养物质的新液滴将溶液稀释至浓度的五分之一，并剧烈搅拌。当这个过程重复多次时，就会发生突变。信用：©修改自 Mizuuchi 2022
团队对所看到的感到非常兴奋。“我们发现单一的 RNA 物种进化成一个复杂的复制系统：一个复制网络，由五种类型的 RNA 组成，具有不同的相互作用，支持长期设想的进化过渡场景的合理性，”Mizuuchi 说。
与以往的实证研究相比，这个新的结果是新颖的，因为该团队使用了一种独特的可以经历达尔文进化的RNA复制系统，即基于突变和自然选择的不断变化的自我延续过程，从而使不同的特征出现，和那些适应环境生存的人。
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“老实说，我们最初怀疑如此多样化的 RNA 能否进化和共存，”Mizuuchi 评论道。“在进化生物学中，‘竞争排斥原则’指出，如果多个物种竞争相同的资源，它们就不能共存。这意味着分子必须建立一种方法，一个接一个地使用不同的资源，以实现持续的多样化。它们只是分子，所以我们想知道无生命的化学物种是否有可能自发地发展出这种创新。”
那么接下来呢？根据 Mizuuchi 的说法，“与生物有机体相比，我们的分子复制系统的简单性使我们能够以前所未有的分辨率检查进化现象。在我们的实验中看到的复杂性的演变仅仅是个开始。随着生命系统的出现，应该会发生更多的事件。”
当然，仍有许多问题需要回答，但这项研究为早期 RNA 复制器可能在原始地球上采取的可能进化路线提供了基于经验的进一步洞察。正如 Mizuuchi 所说，“结果可能是解决人类数千年来一直在问的终极问题的线索——生命的起源是什么？”
参考：
“从单一 RNA 复制子到多复制子网络的进化过渡”，Ryo Mizuuchi、Taro Furubayashi 和 Norikazu Ichihashi，2022 年 3 月 18 日，Nature Communications。
DOI: 10.1038/s41467-022-29113-x
本研究主要得到科学研究资助（任务编号：JP19K23763、JP21H05867、JP15KT0080、JP18H04820、JP20H04859）、JST PRESTO（任务编号：JPMJPR19KA）、天体生物学中心项目研究（任务编号AB021005）的支持。