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生命起源:最初的细胞可能是被粘起来的

由带正电荷的疏水短肽引起的静电相互作用将RNA紧紧地固定在囊泡膜上。这一发现让我们对40亿年前地球上的RNA与生物膜如何相互结合并形成原始细胞,最终产生早期生命这一问题有了新的见解。

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RNA被认为是存在于早期细胞中的原始核酸,因为它既可以储存遗传信息,也可以催化生化反应。同样,生物膜在化学演化时期也起着至关重要的作用,其不仅可以用来包裹核酸以提供一个独立的内环境,同时还可以吸附反应物来促进多种反应的进行。


由此可见,RNA与囊泡膜的物理结合在早期的细胞演化中是意义重大的一步,因此确定其在生命起源前可能的简单结合形式对理解早期细胞是如何形成十分重要。


来自美国波士顿麻省总医院(Massachusetts General Hospital)的诺贝尔奖得主Jack Szostak及其团队发现,由七个或更少氨基酸组成的多肽就可以将RNA固定在细胞膜上。“相关机理十分简单,而且已经应用于其他需要使用各种材料合成RNA复合体的领域,”文章的第一作者Neha Kamat说,“我们系统中的RNA-生物膜结合模型很自然地解释了生命在早期地球上的存在形式。”


作者使用了一个短肽将二者相连,一端的疏水基连接生物膜,一段的阳离子基团通过静电相互作用连接RNA上带有负电荷的磷原子。Kamat 解释说,这种短肽可能曾存在于早期地球,并帮助RNA与生物膜相连。“这段肽就像胶水一样黏在生物膜上,随后吸引游离的RNA并最终将其固定在生物膜的表面。”她说。


“论文提供了原始数据,为生命起源研究领域打开了新篇章,”在法国尼斯大学研究化学演化的Uwe Meierhenrich说,“现在的应用实验技术可以动态地调节囊泡的特性,同时还可以将特定分子连接到囊泡表面,这实属不易。”作者测量了囊泡表面的电荷量,进行了选择性荧光共振能量转移及显微研究探测RNA-生物膜的连接。Kamat 认为这项研究中最重要的工作就是找到一个合适的分析方法来检验结果。


“这些包含了一系列的肽和一段一段像RNA这样的核酸的简单细胞,很可能就是最早的生命形式,”美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校(University of California, Santa Cruz)一名研究生物膜演化的化学家解释说,“这个意义重大的理论表明,原始细胞系统就是这样在40亿年前的地球上自然地形成了,这是化学演化到生命演化的第一次重要飞跃。”


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