摘要：伦敦大学学院的化学家们在实验室中成功重现了可能发生在40亿年前原始地球上的关键化学过程——RNA与氨基酸的首次结合。这一突破性发现不仅为理解生命起源提供了重要线索，更巧妙地统一了两个长期竞争的生命起源理论，为解开诞生之谜迈出了关键一步。

信息来源：https://www.sciencealert.com/chemists-have-recreated-a-critical-moment-in-the-creation-of-life

伦敦大学学院的化学家们在实验室中成功重现了可能发生在40亿年前原始地球上的关键化学过程——RNA与氨基酸的首次结合。这一突破性发现不仅为理解生命起源提供了重要线索，更巧妙地统一了两个长期竞争的生命起源理论，为解开诞生之谜迈出了关键一步。

研究团队通过模拟早期地球的可能条件，使用硫酯作为高能介质，成功实现了RNA和氨基酸在中性pH水环境中的自发结合。这一过程被认为是通向现代生物体复杂蛋白质合成机制的第一步，标志着核酸与蛋白质这一生命中最重要关系的起源可能已被重现。该研究成果已发表在《自然》杂志上，为生命起源研究领域带来了重大进展。

两大理论的意外融合

核酸与蛋白质的首次相互作用可能已被重现。 （Jian Fan/Getty Images）

长期以来，科学界对于生命起源存在两种主要理论假说，它们看似相互竞争，各自解释着生命诞生的不同方面。RNA世界假说认为，具有自我复制能力的RNA分子是生命的基础，因为RNA既能储存遗传信息，又能催化化学反应。而硫酯世界假说则主张，含有碳、氧、氢、硫四种元素的硫酯化合物是最早生命形式的能量来源，在原始有机汤中大量存在。

伦敦大学学院化学家马修·鲍纳解释说："如今的生命利用核糖体这种极其复杂的分子机器来合成蛋白质。这台机器需要信使RNA中的化学指令，然后像工厂流水线一样读取RNA，将氨基酸逐一连接形成蛋白质。我们完成了这一复杂过程的第一部分，在中性pH值的水中利用简单化学反应将氨基酸与RNA连接起来。"

这项研究的突破性意义在于它巧妙地将两个看似独立的理论统一起来。通过使用硫酯作为高能介质，研究人员不仅解决了RNA与氨基酸结合的能量问题，还展示了这两种理论如何在早期地球的化学环境中协同工作。

研究团队在乔蒂·辛格的领导下，从现代生物学中汲取灵感，选择了硫酯作为反应介质。硫酯在某些关键的生物过程中发挥着中介作用，其高能高活性的特性使其能够为氨基酸与RNA的结合提供必要的外部能量。更重要的是，硫酯被认为在原始地球的有机汤中含量丰富，这为其在生命起源中的作用提供了理论支持。

原始化学汤中的精确反应

要理解这一发现的重要性，必须认识到早期地球化学环境的复杂性和挑战性。40亿年前的地球与今天截然不同，大气成分、温度条件、化学环境都与现在有着根本性差异。在这样的环境中，简单的有机分子需要找到方式自发组织成更复杂的结构，最终导致生命的出现。

一个复杂的过程利用被称为核糖体的生化机制“读取”核酸模板并产生蛋白质。（selvanegra/Getty Images/Canva）

过去的研究尝试复制氨基酸和RNA的自然结合过程时遇到了重大障碍。这个过程需要高能介质来提供必要的化学能量，但以往使用的高反应性分子往往在水环境中不稳定，容易分解，导致氨基酸分子之间发生反应而不是与RNA结合。这种副反应不仅降低了目标反应的效率，还产生了不相关的化学产物。

新研究解决了这一关键问题。硫酯化合物的独特化学性质使其既能提供足够的能量推动反应进行，又能在水环境中保持相对稳定，从而确保反应按预期方向进行。实验结果显示，在模拟的原始有机汤环境中，硫酯成功促进了氨基酸与RNA的选择性结合，这种反应是自发的、有选择性的，符合早期地球可能存在的化学条件。

这种选择性反应的实现具有深远意义。它表明在混乱的原始化学环境中，特定的分子能够优先结合形成更复杂的结构。这种化学选择性是从简单分子向复杂生物分子演化的关键驱动力，为理解生命的分子基础提供了重要洞察。

蛋白质合成机制的演化起源

现代细胞中的蛋白质合成是一个极其精确和复杂的过程。核糖体作为细胞的蛋白质工厂，能够读取信使RNA中编码的遗传信息，并按照特定顺序将氨基酸连接成功能蛋白质。这一过程涉及数十种不同的蛋白质和RNA分子的协调作用，代表了生物化学的最高成就之一。

然而，这种复杂性也提出了一个根本问题：如此精密的分子机器是如何从原始的化学混合物中演化而来的？新研究提供了可能的答案。它展示了RNA如何在最原始的条件下开始控制蛋白质的合成，这可能是通向现代复杂蛋白质合成机制的第一步。

鲍纳强调："生命依赖于合成蛋白质的能力——它们是生命的关键功能分子。了解蛋白质合成的起源对于理解生命的起源至关重要。我们的研究展示了RNA如何首先控制蛋白质的合成。"

这一发现暗示着早期的RNA分子可能具有比之前认为的更强的催化能力。在现代细胞中，RNA不仅作为遗传信息的载体，还在核糖体中发挥催化作用。新研究表明，这种双重功能可能从生命诞生之初就已存在，RNA分子既携带遗传信息又直接参与蛋白质的合成过程。

未来研究的广阔前景

尽管这一发现具有重大意义，但科学家们清楚地认识到，距离完全理解生命起源还有很长的路要走。当前的研究仅仅展示了RNA与氨基酸能够在特定条件下结合，这只是生命起源复杂过程中的一个环节。

下一步的关键研究方向是观察RNA是否会优先与特定的氨基酸结合，特别是那些与现代遗传密码相关的氨基酸。现代生物学中，遗传密码的普遍性暗示着它可能源于生命的早期阶段。如果能证明早期的RNA分子对特定氨基酸有选择性，这将为理解遗传密码的起源提供重要线索。

辛格对未来的研究前景充满期待："想象一下，有一天，化学家们可以用简单的小分子，由碳、氮、氢、氧和硫原子组成，用这些乐高积木构建出能够自我复制的分子。这将是解决生命起源问题的重要一步。"

研究团队还计划探索更多样化的化学条件和反应介质。早期地球的环境条件可能比目前的实验设置更加多样化和复杂。通过模拟不同的温度、压力、pH值和化学组成条件，科学家们希望更全面地理解生命起源的化学可能性。

此外，这项研究也为合成生物学提供了新的灵感。理解生命起源的化学原理不仅有助于回答科学上的根本问题，还可能为设计新的生物分子和生物系统提供指导。通过掌握最基本的生物化学反应机制，科学家们可能能够创造出全新的生物功能分子。

这项研究代表了生命起源研究领域的一个重要里程碑。它不仅在实验室中重现了可能发生在40亿年前的关键化学过程，更重要的是为两个主要的生命起源理论提供了统一的框架。随着研究的深入，我们对地球生命诞生这一宇宙中最大奥秘之一的理解将越来越深入。

来源：人工智能学家