揭開(kāi)生命起源之謎四個(gè)重大進(jìn)步 _生命

揭開(kāi)生命起源之謎四個(gè)重大進(jìn)步
大約39億年前，太陽(yáng)外行星軌道的一次巨變致使大量彗星和小行星一窩蜂闖進(jìn)太陽(yáng)系。由它們的劇烈碰撞造成的大隕石坑至今在月球表面仍清晰可見(jiàn)，地球表面溫度迅速升高，變成了熔巖，海洋蒸發(fā)后變成了薄霧。
然而，38億年前形成的巖石可能包含生物進(jìn)化的證據(jù) 。如果無(wú)機(jī)物質(zhì)可以如此迅速容易地形成生命，那么在太陽(yáng)系和太陽(yáng)系之外的星球?yàn)楹尾荒艽嬖诖罅可兀咳绻飳W(xué)是物質(zhì)的固有屬性，為何化學(xué)家迄今尚無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室重塑生命，或類似于生命的東西呢？
地球的生命起源充滿著疑惑和矛盾。活細(xì)胞蛋白和構(gòu)成生命的遺傳信息二者孰先孰后呢？在封閉細(xì)胞膜尚未將所有必要的化學(xué)物質(zhì)聚在一起的情況下，生物體的新陳代謝如何開(kāi)始的呢？但如果生命始于細(xì)胞膜內(nèi)部，它又是如何獲取必要的營(yíng)養(yǎng)物呢？這些問(wèn)題或許看似毫無(wú)實(shí)際意義，因?yàn)樯拇_是以某種方式開(kāi)始的。除了少數(shù)堅(jiān)持一定要弄清楚生命是如何起源的研究人員外，其他的人在此問(wèn)題上總是失望而歸。
許多曾經(jīng)大有希望的線索最后一無(wú)所獲，數(shù)年的努力付之東流。像分子生物學(xué)首席理論家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)等知名科學(xué)家曾心平氣和地說(shuō)，也許生命在地球上生根發(fā)芽之前已在別的地方形成，所以，要找到一個(gè)生命起源于地球似乎合理的解釋是那么的困難。然而，過(guò)去幾年，科學(xué)家在該領(lǐng)域取得的四個(gè)令人吃驚的進(jìn)步已使他們重塑了信心，相信遲早會(huì)找到有關(guān)生命起源于地球的合理解釋。
原始細(xì)胞
第一個(gè)進(jìn)步是有關(guān)細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的諸多新發(fā)現(xiàn)，這些結(jié)構(gòu)自然形成于可能存在于原始地球上的多脂肪化合物。這一發(fā)現(xiàn)源于三位同事之間的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)集中于遺傳體系，還是細(xì)胞膜在生命演變中最早出現(xiàn) 。他們最終達(dá)成了共識(shí)：遺傳體系和細(xì)胞膜一定要一起進(jìn)化。這三位研究人員是杰克·佐斯塔克(Jack W.Szostak)、戴維·巴特爾(David Bartel)和盧伊吉·路易斯(Luigi Luisi) 。
他們2001年在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，宣布培育人造細(xì)胞的一個(gè)方法是獲得平行生長(zhǎng)和分裂的原始細(xì)胞(Protocell)和遺傳分子，而分子將被裹在原始細(xì)胞內(nèi) 。他們寫(xiě)道，如果分子賦予這個(gè)細(xì)胞優(yōu)于其他細(xì)胞的生存優(yōu)勢(shì)，那么結(jié)果將是“可持續(xù)的、具有自動(dòng)復(fù)制能力的體系，與達(dá)爾文進(jìn)化論的描述相符。它也許真的存在。”
佐斯塔克供職于馬薩諸塞州總醫(yī)院，已取得了這個(gè)研究項(xiàng)目的理想成果。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的脂肪酸(可能曾經(jīng)存在于原始地球之上)將本能地形成雙層球體結(jié)構(gòu) ，與今天活細(xì)胞的兩層薄膜存在很大的相似之處。原始細(xì)胞會(huì)吸收融入水中的新脂肪酸并最終分裂。活細(xì)胞一般情況下是不可滲透的，具有極為復(fù)雜的機(jī)制，僅僅承認(rèn)它們需要的營(yíng)養(yǎng)物。
佐斯塔克及其同事的研究表明，小分子可以輕易進(jìn)入原始細(xì)胞。但是，如果它們形成大分子，則無(wú)法從原始細(xì)胞中出來(lái) 。倘若原始細(xì)胞可以將小DNA片段吸收進(jìn)去，接著以核苷酸(DNA的構(gòu)造單元)為食，那么核苷酸會(huì)自然地進(jìn)入細(xì)胞中，與另一個(gè)DNA分子建立連接。上個(gè)月，在長(zhǎng)島冷泉港實(shí)驗(yàn)室舉行的達(dá)爾文進(jìn)化論座談會(huì)上，佐斯塔克表示他對(duì)“獲取運(yùn)行于原始細(xì)胞內(nèi)部的化學(xué)復(fù)制體系十分樂(lè)觀。”
他希望接下來(lái)可以將具有復(fù)制能力的核酸與分裂的原始細(xì)胞結(jié)合起來(lái) 。佐斯塔克的實(shí)驗(yàn)接近于通過(guò)被認(rèn)為曾經(jīng)存在于原始地球上的化學(xué)物，生成自然分裂的細(xì)胞。但是，他采用的一些原料都相當(dāng)復(fù)雜，比如核酸的核苷酸構(gòu)造單元。研究原始地球生命起源前化學(xué)的化學(xué)家在核苷酸如何自然出現(xiàn)的問(wèn)題上瀕于崩潰。
核苷酸由一個(gè)身處一端的像核糖和去氧核醣這樣的糖分子，和處于另一端的磷酸鹽組(phosphate group)構(gòu)成。化學(xué)家驚喜地發(fā)現(xiàn)，像腺嘌呤這樣的鹽基可以由簡(jiǎn)單的化學(xué)物(如氫化氰)輕易形成。然而，科學(xué)家多年努力卻化為泡影，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)腺嘌呤無(wú)法與核糖建立天然聯(lián)系。
【揭開(kāi)生命起源之謎四個(gè)重大進(jìn)步】