
生命進化或由核糖體驅動而非DNA
(報道)據鳳凰科技(編譯/嚴炎劉星):科學日報報道 , 自從發現DNA是如何編碼遺傳信息起,大多數有關生命進化的研究都關注于基因 。根據“自私基因”理論,細胞和生物體的存在只是作為保護和傳遞基因的包裹 。而最新的一項研究挑戰了這一理論,它提出如果任何個體是“自私的” , 那么它一定是核糖體 。這一發現將終結我們對生命進化的全部理解,以及核糖體本身的功能 。
生命的進化最初出現的是什么?在此之前,科學家們的回答只有三個字:DNA 。但在期刊《理論生物學》上發表的父女合作的一項最新研究里,丹麥奧爾胡斯大學梅雷迪斯·魯特-伯恩斯坦(Meredith Root-Bernstein)博士和美國密西根州立大學的羅伯特.魯特-伯恩斯坦(Robert Root-Bernstein) 博士提供了證據表明這一問題的答案或可能是另一個:核糖體 。
核糖體是所有活體細胞里存在的大型復雜分子 。它包含將DNA里的遺傳信息轉錄為可以執行所有細胞工作并組成細胞大部分結構的蛋白質的機制 ?!昂颂求w是由三種包裹蛋白質的RNA鏈組成的,教科書上顯示后者是純結構的 , 但我們發現核糖RNA曾作為基因,mRNA和tRNA要求制造自身的組成部分——從而產生了現代細胞里的這些結構 。” 梅雷迪斯·魯特-伯恩斯坦博士這樣說道 。
DNA需要什么?
這一父女科研合作始于梅雷迪斯在重新閱讀他父親羅伯特·魯特-伯恩斯坦1989年的書籍《發現》 。“這本書讀到一半時,我受到了我父親討論的發現策略 , 我不禁好奇并查閱了‘DNA究竟需要什么?’將一個大型分子擬人化可能聽起來有些奇怪 。然而,自私基因理論常常簡單表達‘DNA想要自我復制’ 。但我很好奇這是否真的是DNA想要的 。” 梅雷迪斯解釋道 。
當有機化學家將分子擬人化時,他們說道分子“想要處于能量最低值的構造形式 ?!边@意味著當它們有能量時,分子可以轉化成不同的構造,但它們有一個可以回歸的靜止狀態 。DNA的靜止狀態是緊密蜷縮,非常難解開因此研究人員尚未完全理解不同的分子是如何解開和展開它從而進行復制和轉化的 。
因此,梅雷迪斯意識到,從有機化學的角度看,“DNA究竟需要什么”的問題的答案是:它需要保持蜷縮成結 。DNA并不想要復制和轉化 , 因此她得出結論DNA不太可能是進化過程的動態推動者,因此這又引發了另一個問題:那么到底是誰想要復制和轉化?
【生命進化或由核糖體驅動而非DNA】自私的核糖體
對梅雷迪斯和羅伯特來說,答案顯而易見:核糖體 。它的靜止狀態是“準備將DNA轉化為蛋白質” 。此外 , 核糖體不僅出現在所有生物體的細胞里,它們在所有活的物種里幾乎是一模一樣的 。
核糖體是由兩種分子類型組成:蛋白質和RNA 。RNA在結構上與DNA非常相似,它以三種形式存在 。其中一種形式是核糖體RNA,或者稱rRNA,教科書知識表明它是純結構性的,組成了核糖“機器”的架構或者骨骼 。另外兩種RNA,信使RNA(mRNA)和轉移RNA(tRNA),位于核糖體以外 , 它主要是幫助核糖體“機器”根據DNA指令組成蛋白質 。信使RNA轉錄了DNA的遺傳信息并將其傳遞給核糖體 。轉移RNA將信使RNA的信息轉化為氨基酸,后者在核糖體上組裝形成蛋白質 。
受到《發現》的啟發,梅雷迪斯將自私基因理論倒置 。如果核糖體是“自私的”想要自我復制?核糖體是否會循環核糖體RNA以與蛋白質發生相互作用——從而創造我們現在所知的信使RNA和轉移RNA——并在安全存儲裝配指令時發明了DNA?如果事實的確如此 , 那么核糖體RNA序列應該與信使RNA和轉移RNA,以及編碼核糖體蛋白質的DNA的序列相匹配 。
羅伯特對這一最新假設進行了測試 , 他將核糖體RNA與大腸桿菌的所有RNA、DNA以及蛋白質的數據庫進行對比 。如果核糖體想要自我復制,核糖體RNA必須包含三樣人們從未注意到的事物 。首先它必須包含編碼自身核糖體蛋白質的基因以形成工作“機器” 。其次 , 他必須包含所需的信使RNA將自身的遺傳信息傳遞至“機器” 。最后,它還必須編碼必要的轉移RNA從而將信使RNA轉化為蛋白質 。
梅雷迪斯和羅伯特顯示了核糖體RNA的結構與大腸桿菌里所有以上提到的結構都有著令人驚訝的良好匹配 ?!拔覀冋故玖撕颂求wRNA包含信使RNA、轉移RNA以及編碼自身蛋白質結構和功能的‘基因’的痕跡 。核糖體并非僅僅是DNA的被動轉錄者 ?!绷_伯特表示 。
自私核糖體模型開啟了可以在泥灘、海洋熱液噴口甚至閃電過程中形成的簡單生物分子與最后普遍共同祖先(last universal common ancestor,簡稱LUCA)之間的巨大理論空缺 。梅雷迪斯補充表示:“可能自私的核糖體渲染了與其它生物之間的親密關系,我們所有生物只是核糖體的不同歸屬而已 ?!?br />
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