科学家成功重现40亿年前生命起源关键步骤，揭示氨基酸与RNA自发结合过程。
9月2日，据消息称，科学家成功模拟了约40亿年前可能启动生命形成的关键过程。研究团队证实，在早期地球的条件下，构成蛋白质的基本单元——氨基酸能够与核糖核酸（RNA）自动结合，这一发现揭示了生命起源过程中一个重要的缺失环节。
伦敦大学学院（UCL）的一个研究团队指出，生命两种关键组成物质——RNA（核糖核酸）和氨基酸，可能在40亿年前生命形成初期就已经自然地结合在一起。
据了解，氨基酸是蛋白质的基本组成单位，而蛋白质被称为“生命的引擎”，在生命活动中发挥着至关重要的作用。然而，蛋白质本身无法进行自我复制，也无法生成自身合成所需的指令。这些指令来源于RNA，一种与DNA（脱氧核糖核酸）密切相关的分子，它在遗传信息的传递和表达中扮演着关键角色。
一项发表于《自然》（Nature）期刊的研究表明，该团队在模拟早期地球环境的条件下，成功实现了氨基酸与RNA的结合。这一成果自20世纪70年代初以来便是科学界长期追求的目标，如今终于取得重要突破。这一进展为理解生命起源提供了新的线索，也进一步推动了生命化学起源理论的发展。
伦敦大学学院化学系资深作者马修・波纳教授指出：“生命的存续依赖于蛋白质的合成能力，而蛋白质是生命中最重要的功能分子。要理解生命的起源，必须首先弄清蛋白质合成是如何开始的。我们的研究在这一领域取得了重要进展，揭示了RNA可能是如何最初参与并控制蛋白质合成过程的。” 这项研究为探索生命起源提供了新的视角，表明RNA在早期生命系统中可能扮演了关键角色。从科学角度来看，这一发现不仅加深了我们对生命基本机制的理解，也为未来研究生命演化路径提供了重要的理论基础。尽管目前仍有许多未解之谜，但此类研究无疑推动了我们向揭开生命起源之谜更进一步。
波纳教授指出，现代生命体依赖于核糖体这一高度复杂的分子机器来合成蛋白质。这台“机器”需要信使RNA传递来自细胞DNA的基因信息，随后核糖体像工厂的装配线一样，根据RNA上的指令将氨基酸逐一连接，最终生成蛋白质。研究人员通过在中性pH的水环境中进行简单的化学反应，成功实现了这一复杂过程的第一步——即让氨基酸与RNA结合。这种反应具有自发性和选择性，极有可能在早期地球条件下自然发生。 我认为，这项研究为理解生命起源提供了新的视角。它表明，即使在相对简单的条件下，生命的基本构建模块仍可能通过化学机制自发形成。这不仅加深了我们对生命如何从非生命物质中诞生的理解，也为探索地外生命的可能性提供了参考。
此前，科学家在尝试将氨基酸与RNA结合的过程中，采用了高活性分子，但这些分子在水中容易分解，并且容易导致氨基酸之间发生反应，而不是与RNA正确结合。
这项新研究中，团队借鉴生物学的原理，采用更为温和的方式将氨基酸转化为具有活性的形式。这一激活过程涉及硫酯——一种高能化合物，在多种生化过程中发挥关键作用，此前已有理论认为它在生命起源阶段可能起到了重要作用。这种思路为理解生命早期化学演化提供了新的视角，也展示了从自然中汲取灵感在科学探索中的重要性。
波纳教授指出：“我们的研究结合了两种主流的生命起源学说——‘RNA世界’理论认为，自我复制的RNA是生命形成的起点；而‘硫酯世界’理论则认为，硫酯可能是早期生命体的能量来源。”
硫酯的生成涉及氨基酸与一种含硫化合物——泛酰巯基乙胺之间的反应。去年，该研究团队在论文中证实，泛酰巯基乙胺能够在模拟早期地球环境的条件下合成，这表明它可能在生命起源过程中起到了重要作用。
研究人员表示，下一步计划探究 RNA 序列如何优先结合特定氨基酸，使 RNA 能够开始编码蛋白质合成的指令 —— 这正是遗传密码的起源。
波纳教授指出：“要完全阐明生命起源，我们仍需解决诸多问题，而其中最具挑战性也最令人兴奋的，仍是蛋白质合成的起源问题。”
伦敦大学学院化学系第一作者乔蒂・辛格博士表示：“设想未来，化学家能够利用由碳、氮、氢、氧、硫原子组成的简单小分子，如同搭乐高积木一般，组合出具备自我复制能力的分子。这将是解开生命起源之谜的重要一步。我们的研究让这一愿景更接近现实——我们证实了两种原始的‘化学乐高积木’（活化氨基酸与RNA）如何共同构建肽链。肽链由氨基酸组成，是生命不可或缺的基础。尤为关键的是，本研究中使用的活化氨基酸是一种硫酯，而硫酯来源于辅酶A——一种所有活细胞中都存在的化学物质。这项发现可能将新陈代谢、遗传密码与蛋白质合成紧密联系在一起。” 我认为，这项研究不仅在科学上具有深远意义，也为我们理解生命如何从无机物中诞生提供了新的视角。通过模拟早期地球上的化学过程，科学家们正在逐步揭示生命的起源机制。活化氨基酸与RNA的结合，或许正是生命系统最初形成的起点之一。这种跨学科的研究方法，有助于整合不同领域的知识，推动生命科学的发展。
尽管该论文的研究重点完全聚焦于化学过程，但研究团队指出，他们所验证的反应很可能在早期地球的水池或湖泊中发生，而海洋中的可能性相对较低，因为那里的化学物质浓度可能不足以支持此类反应。这一发现为理解生命起源提供了新的视角，也提示我们，在探索地球早期环境时，应更加关注淡水区域的作用。
这些反应的规模非常微小，无法用光学显微镜观察到，研究团队利用多种分子结构探测技术对其进行追踪，包括能够显示原子排列的多种磁共振成像方法，以及用于测定分子大小的质谱分析技术。
