美國(guó)國(guó)家航空航天局：生命之手的奧秘加深 _美國(guó)

據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（William Steigerwald）：美國(guó)國(guó)家航空航天局資助的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)加深了生命為什么使用具有特定方向的分子的謎團(tuán)，即RNA——一種被認(rèn)為在DNA出現(xiàn)之前可能攜帶生命指令的關(guān)鍵分子——可以有利于使蛋白質(zhì)的構(gòu)建塊處于左向或右向。解開這個(gè)謎團(tuán)可以為生命的起源提供線索。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在最近發(fā)表在《自然通訊》上的研究中。
蛋白質(zhì)是生命的主力分子，用于從頭發(fā)等結(jié)構(gòu)到酶（加速或調(diào)節(jié)化學(xué)反應(yīng)的催化劑）的所有領(lǐng)域。正如字母表中的26個(gè)字母以無(wú)限的組合排列成單詞一樣，生命也使用20種不同的氨基酸構(gòu)建塊以各種各樣的排列方式制造數(shù)百萬(wàn)種不同的蛋白質(zhì) 。一些氨基酸分子可以通過(guò)兩種方式構(gòu)建，因此存在鏡像版本，就像你的手一樣，生命使用這些氨基酸的左旋變體。盡管基于右旋氨基酸的生命可能運(yùn)作良好，但這兩種鏡像在生物學(xué)中很少混合，這是生命的一個(gè)特征，稱為同手性。對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，為什么生命選擇左撇子而不是右撇子是個(gè)謎。

在默奇森隕石中發(fā)現(xiàn)的氨基酸異纈氨酸的左手和右手版本的圖表。圖片：美國(guó)國(guó)家航空航天局
DNA（脫氧核糖核酸）是一種分子，它包含構(gòu)建和運(yùn)行生物體的指令。然而，DNA是復(fù)雜和專門的；它將讀取指令的工作“分包”給RNA（核糖核酸）分子，將構(gòu)建蛋白質(zhì)的工作“外包”給核糖體分子。DNA的專業(yè)化和復(fù)雜性使科學(xué)家們認(rèn)為，在數(shù)十億年前生命的早期進(jìn)化過(guò)程中，應(yīng)該有更簡(jiǎn)單的東西出現(xiàn) 。一個(gè)主要的候選者是RNA，它既可以存儲(chǔ)遺傳信息，也可以構(gòu)建蛋白質(zhì) 。RNA可能先于DNA的假說(shuō)被稱為“RNA世界”假說(shuō) 。
如果RNA世界命題是正確的，那么也許RNA的某些特性使其更傾向于構(gòu)建左旋蛋白質(zhì)而不是右旋蛋白質(zhì) 。然而，這項(xiàng)新工作并不支持這一觀點(diǎn)，加深了為什么生命與左旋蛋白質(zhì)共存的謎團(tuán) 。
該實(shí)驗(yàn)測(cè)試了像酶一樣構(gòu)建蛋白質(zhì)的RNA分子，稱為核酶。《自然通訊》論文的通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的Irene Chen說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)表明，核酶可以偏愛左旋或右旋氨基酸，這表明RNA世界一般不一定對(duì)我們現(xiàn)在在生物學(xué)中觀察到的氨基酸形式有強(qiáng)烈的偏見。” 。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員模擬了RNA世界的早期地球條件。他們孵育了一種含有核酶和氨基酸前體的溶液，以觀察它有助于產(chǎn)生的右旋和左旋氨基酸苯丙氨酸的相對(duì)百分比。他們測(cè)試了15種不同的核酶組合，發(fā)現(xiàn)核酶可以偏愛左旋或右旋氨基酸。這表明RNA最初對(duì)一種形式的氨基酸沒(méi)有易感的化學(xué)偏見。這種偏好的缺乏挑戰(zhàn)了早期生命傾向于選擇左手氨基酸的觀念，左手氨基酸在現(xiàn)代蛋白質(zhì)中占主導(dǎo)地位。
“研究結(jié)果表明，生命最終的同手性可能不是化學(xué)決定論的結(jié)果，而是可能通過(guò)后來(lái)的進(jìn)化壓力出現(xiàn)的，”合著者、加州大學(xué)洛杉磯分校博士后學(xué)者、陳研究小組成員Alberto Vázquez-Salazar說(shuō) 。
地球的益生元?dú)v史超出了化石記錄中最古老的部分，這些部分已被板塊構(gòu)造（地殼的緩慢攪動(dòng)）抹去。在此期間，這顆行星可能受到小行星的轟擊，小行星可能提供了一些生命的構(gòu)建塊，如氨基酸。與化學(xué)實(shí)驗(yàn)并行，其他生命起源研究人員一直在研究隕石和小行星的分子證據(jù) 。
“了解生命的化學(xué)性質(zhì)有助于我們知道在整個(gè)太陽(yáng)系尋找生命時(shí)要尋找什么，”合著者Jason Dworkin說(shuō)，他是馬里蘭州格林貝爾特美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的天體生物學(xué)高級(jí)科學(xué)家，也是戈達(dá)德天體生物學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的主任。
Dworkin是美國(guó)國(guó)家航空航天局OSIRIS-REx任務(wù)的項(xiàng)目科學(xué)家，該任務(wù)從小行星Bennu中提取樣本，并于去年將其運(yùn)送到地球進(jìn)行進(jìn)一步研究。
Dworkin說(shuō)：“我們正在分析OSIRIS-REx樣本中單個(gè)氨基酸的手性，未來(lái)，來(lái)自火星的樣本也將在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試，以尋找包括核酶和蛋白質(zhì)在內(nèi)的生命證據(jù) 。” 。
這項(xiàng)研究得到了美國(guó)國(guó)家航空航天局、西蒙斯基金會(huì)生命起源合作組織和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助。巴斯克斯-薩拉扎感謝美國(guó)國(guó)家航空航天局博士后項(xiàng)目的支持，該項(xiàng)目由橡樹嶺聯(lián)合大學(xué)根據(jù)與美國(guó)國(guó)家航空宇航局的合同管理。