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[新浪科技综合]关于生命起源的4项著名研究新浪科技综合2020-08-07 11:15:380阅( 二 )


现在我们已经知道 ， 这些“烟囱”广泛地分布在海底 ， 喷口附近的生态系统丰富多彩 。 人们也越来越意识到 ， 在各种极端环境中 ， 无论在酸性的池塘 ， 还是沸腾的火山附近 ， 或是冰冻的极地岩层中 ， 生命比我们想象的更顽强和丰富 ， 许多微生物甚至依赖来自矿物的微弱化学能就可以生存 。 一些科学家因此提出 ， 为什么一定要假设生命就诞生于“温暖的小池塘”呢？事实上 ， 生命的“零件”散落在宇宙的各个角落 。
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图7/10时间：1982年&nbsp;&nbsp;代表论文：Self-Splicing RNA： Autoexcision and Autocuclization of the Ribosomal RNA Intervening Sequence of Tetrahymena&nbsp;&nbsp;代表科学家：Thomas Cech&nbsp;<em>et al 。 </em>在对生命早期演化的研究中 ， 长期以来隐藏着一个“先有鸡还是先有蛋”的问题 。
现如今 ， 所有细胞生物都在使用DNA作为遗传物质 ， DNA携带的遗传信息能构造出蛋白质 ， 从而实现生物的功能 。 DNA编码着合成蛋白质的信息 ， 而DNA的复制又需要蛋白质的催化——那么 ， 哪个先出现的？在生命的早期 ， 是如何发展出这样复杂而完整的闭环的呢？
20世纪60年代 ， Francis Crick提出了一种可能的猜想 ， 其中的关键就是RNA 。 在生命早期 ， RNA可能同时作为信息的载体和催化剂 。 这样的猜想不无道理 ， RNA与DNA很相似 ， 它们同样可以承载遗传信息 ， 但结构比DNA更简单 ， 似乎带着更多“原始”的影子 。
在不久之后 ， 一些关键的线索出现了 。 1978年 ， Sidney Altman首次发现RNA在一种催化反应中是必需的 。 1982年 ， Thomas Cech首次证明RNA分子本身可以起到催化作用 。 Cech把一个未经处理的RNA分子放入没有蛋白质的试管中后 ， 它开始了自我剪接 。 也就是说 ， RNA分子可以将自身切成碎片 ， 并将遗传上重要的RNA片段重新连接在一起 。 目前 ， 已知的RNA酶（也叫核酶）已有百种 。 Altman和Cech也因此被授予1989年诺贝尔化学奖 。
这些证据有可能指向 ， 在生命早期很有可能是一个RNA世界 。 那时 ， RNA是唯一的编码分子 ， 它们随后在自我复制中进化出了更为稳定DNA分子 ， 并让生命迈入了蛋白质世界 。 但这段故事的细节目前仍然很模糊 ， 毕竟生命分子很难留下动植物那样的化石线索 。 现在 ， 还有许多研究都在追寻这种从RNA到DNA的变化是如何产生的 ， 并希望找到最古老蛋白质的线索 。
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图8/10时间：1999年&nbsp;　代表论文：2-Methyhopanoids as biomarkers for cyanobacterial oxygenic photosynthesis&nbsp;&nbsp;代表科学家：Roger E 。Summons&nbsp;<em>et al 。 </em>在探索生命起源的研究中 ， 还有一些化合物被作为“分子标记” 。 比如 ， 如果某一类化合物在活细胞之外很少出现 ， 而在特定岩层中找到了它们的踪迹 ， 就可以被看作是一种有说服力的生命证据 。
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图9/10藿烷类化合物在稳定细胞膜方面具有重要作用 。 | 图片来源：Wikicommons藿烷类化合物（Hopanoids）就属于这样一类有机物 。 每个藿烷都有一个独特的骨架 ， 藿烷类化合物在稳定保护性的细胞膜方面发挥着重要作用 ， 这类物质可能是所有分子生物标记物中最具说服力的之一 。
1999年 ， Roger Summons和团队在西澳大利亚25亿年前的黑色页岩中发现了藿烷分子变体 。 这里的岩石几乎没有受到过热量的改变 ， 也没有受到地表生物或者地下水的污染 ， 因此有可能让古老的生物分子保留下来 。 这些被称为2-甲基藿烷（2-Methyhopanoid）的分子只在光合蓝藻中被发现 ， 而蓝藻是古地球上最主要的氧气制造者 。
Summons认为 ， 地球上的光合作用在25亿年前就开始了 。 这个年代与当时已知的氧气的增加是一致的 。 这项研究也为古生物学开辟了新的道路 ， 科学家可以在保存下来的分子碎片中寻找光合作用的起源 。
但对持怀疑态度的人来说 ， 尽管样本所在的岩层条件优越 ， 但污染仍会是个大问题 。 藿烷类化合物在地球上四处都是 ， 在如此长久的地球历史中 ， 我们并不能确定这些藿烷究竟是何时以何种方式到达那里的 。
在生命起源的研究中有太多不确定性 ， 因此类似的争论比比皆是 ， 它们虽然看起来激烈 ， 甚至针锋相对 ， 但也总是很有趣 ， 总能带来新的发现 。
生命的起源只是第一步 ， 非生命系统产生原始的生命形式 ， 随后演化出成生物个体 ， 并最终在地球上步入自然选择驱动的进化和多样化的轨道 。 这个过程经历了数十亿年 ， 相关的研究自然也不是几篇论文就能囊括 。 也许有一天 ， 我们或许能用一个更完整、更可靠的故事 ， 最终回答生命起源的问题 。 但这个答案中的每一个字、每一句话的背后 ， 一定都包含了无数的争论、推翻与重建 。


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