科學(xué)家創(chuàng)造分子模型模擬地球生命細(xì)胞形成過(guò)程
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)家克里斯丁-凱亭與菲利普-貝維拉夸近日在地球早期環(huán)境RNA分子研究領(lǐng)域取得了成果。他們使用聚合物的大分子創(chuàng)造了一種由RNA構(gòu)成的類(lèi)似原始細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模型。RNA也是一種帶有遺傳物質(zhì)的載體，但要比DNA在地球上出現(xiàn)地更早。這種模型模擬了原始細(xì)胞在地球的初期是如何對(duì)當(dāng)時(shí)的化學(xué)環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng)的。他們的研究結(jié)果發(fā)表于《自然科學(xué)》期刊上。

　　在現(xiàn)代生物學(xué)中，人們認(rèn)為除了一些病毒之外，所有的生命體都是以DNA作為遺傳基因信息載體的。在“RNA世界”假說(shuō)中，RNA被認(rèn)為是zui先出現(xiàn)在地球上。RNA在生物體中不僅作為遺傳基因信息載體，還作為一切化學(xué)反應(yīng)功能分子的組成成分。在此之后地球上才慢慢開(kāi)始出現(xiàn)DNA和蛋白質(zhì)。與DNA不一樣，RNA可以適應(yīng)不同種類(lèi)的分子結(jié)構(gòu)類(lèi)型，因而RNA可以在分子層面完成功能互動(dòng)。在研究報(bào)告中，克里斯丁-凱亭與菲利普-貝維拉夸與克里斯托弗-斯圖爾森與羅薩琳-摩爾登兩名研究生一起試圖對(duì)“RNA世界”假說(shuō)中的一些理論展開(kāi)深入的探索和研究。

　　貝維拉夸稱(chēng)，“RNA世界假說(shuō)中有一塊空白的地方叫做區(qū)室化，讓RNA僅僅進(jìn)行懸浮并不足以構(gòu)成一個(gè)分子。RNA必須被分割區(qū)分開(kāi)而且要被固定起來(lái)裝載足夠的信息量。這種封裝過(guò)程需要發(fā)生在一個(gè)足夠小的空間中，這個(gè)空間和現(xiàn)在的細(xì)胞結(jié)構(gòu)相似。zui簡(jiǎn)單的事實(shí)就是分子與分子之間必須依靠在一起進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。”

　　為了測(cè)試地球早期的細(xì)胞生命結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程和在缺失脂類(lèi)分子形成現(xiàn)代細(xì)胞結(jié)構(gòu)中細(xì)胞膜的情況下如何分隔RNA，斯圖爾森與摩爾登在實(shí)驗(yàn)室中了一種無(wú)生命的細(xì)胞模型進(jìn)行相關(guān)研究。他們表示，“我們的團(tuán)隊(duì)用聚乙二醇和葡聚糖準(zhǔn)備了一種溶液劑，這些溶液劑形成了明顯的富含聚合物的水體，在這種環(huán)境下RNA分子可以自然聚合。”

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一旦RNA被封裝進(jìn)富含葡聚糖的隔室中，分子就會(huì)在物理性質(zhì)作用下自然鏈接，繼而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。“有趣的是，RNA分子的濃度越高，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生得越快。我們注意到隨著濃度的增加，化學(xué)反應(yīng)的速率加快了約70倍。更重要的是，我們證明了RNA分子如果想要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就必須被緊密地分隔在像細(xì)胞的空間內(nèi)。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示一些分隔機(jī)制在地球早期環(huán)境中起到了催化劑的作用。” 凱亭補(bǔ)充道，“雖然研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為在地球早期環(huán)境中并不會(huì)存在聚乙二醇和葡聚糖這樣的物質(zhì)，不過(guò)試驗(yàn)的結(jié)果還是為當(dāng)時(shí)形成分隔提供了一些合理的解釋?zhuān)@被稱(chēng)為階段性分離。階段性分離發(fā)生在兩種不同的大分子以較大聚合性存在于同一種溶液劑中的時(shí)候，它們不會(huì)混合在一起，而是會(huì)形成兩種截然不同的液體，這個(gè)過(guò)程和油與水自然分開(kāi)一樣。我們用聚乙二醇和葡聚糖模擬而成的溶液劑可以通過(guò)加大聚合性來(lái)加快生物化學(xué)反應(yīng)的速率。因此也可以認(rèn)為，在地球早期環(huán)境下也有一種類(lèi)似的溶液劑可以產(chǎn)生類(lèi)似的效果。” 斯圖爾森補(bǔ)充說(shuō)道，“這些研究結(jié)果不僅為‘RNA世界’假說(shuō)提供了理論，也對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)中RNA在無(wú)細(xì)胞膜情況下固定位置的研究提供了幫助。”

　　研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象：RNA鏈越長(zhǎng)，在溶液劑的濃度也就越大。貝維拉夸說(shuō)，“我們假設(shè)這個(gè)研究結(jié)果可能暗示著某種原始的排序方法。當(dāng)RNA鏈變短的時(shí)候，RNA分子會(huì)擁有較少的酶活性。因此，在地球早期的環(huán)境中，長(zhǎng)度較長(zhǎng)的RNA鏈會(huì)自然聚集到一個(gè)區(qū)域，而較短的RNA鏈著會(huì)被‘擠’到一邊。不過(guò)，較短的RNA鏈還是有可能會(huì)發(fā)生一些比較重要的生物化學(xué)反應(yīng)。”

　　科學(xué)家希望通過(guò)用其他大分子模型來(lái)繼續(xù)他們的研究。凱亭補(bǔ)充說(shuō)，“我們對(duì)研究濃度較大的大分子系統(tǒng)比較感興趣，特別是和地球早期環(huán)境中存在的情況相似的環(huán)境系統(tǒng)。當(dāng)然，在RNA鏈依然起著重要作用的現(xiàn)代細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，我們也希望有更多的發(fā)現(xiàn)。”
科學(xué)家創(chuàng)造分子模型模擬地球生命細(xì)胞形成過(guò)程