在地球生命开始之前DNA和RNA的构建块可以一起出现

科学家们第一次发现了强有力的证据表明，即使在大约40亿年前地球上的生命进化之前，RNA和DNA也可能来自同一组前体分子。

这项发现于4月1日发表在“自然化学”杂志上，表明地球上的第一批生物可能同时使用了RNA和DNA，就像所有基于细胞的生命形式一样。相比之下，流行的科学观点 - “RNA世界”假说 -早期生命形式纯粹基于RNA，后来才进化为制造和使用DNA。

“这些新发现表明化学家在调查地球上生命起源方面受到RNA世界假设的严格指导可能是不合理的，”联合首席研究员Ramanarayanan Krishnamurthy博士，化学副教授说。在Scripps Research。

Krishnamurthy和他的实验室与剑桥大学英国医学研究委员会分子生物学实验室的John Sutherland实验室一起研究，作为纽约Simons基金会生命起源协作的一部分。

RNA(核糖核酸)和DNA(脱氧核糖核酸)在化学上非常相似，但化学家们从来没有能够证明这种物质在早期地球上如何转化为另一种，除非在早期生物体产生的酶的帮助下。部分由于缺乏将RNA与DNA连接起来的前期或“前生物”化学路径，该领域的研究人员倾向于认为更简单，更通用的RNA，是第一个基础。生命形式 - 或至少在DNA出现之前的生命早期阶段。RNA能够存储遗传信息因为DNA可以像蛋白质酶那样催化生化反应，否则可能已经完成了第一生命形式所必需的基本生物学任务。

虽然近几十年来生命起源的研究人员已经基本上接受了RNA世界的假设，但是Sutherland，Krishnamurthy，哈佛大学的Jack Szostak和其他人已经积累了证据证明RNA和DNA可能在第一种生命形式中或多或少都出现了。

例如，在2017年发表的一项研究中，斯克里普斯研究中的Krishnamurthy及其同事发现了一种似乎可能存在于生物前期地球上的化合物，并且可以完成将RNA构建块连接成更大的链状RNA链的关键任务 - 可能已经为DNA和蛋白质的构建块做了同样的事情。

在这项新研究中，科学家们将这项研究的见解与萨瑟兰及其实验室最近对一种名为硫脲的化合物的研究结果相结合。后者可能在生命出现之前存在于地球上，并且可能是早期RNA的核苷结构单元的化学前体。该团队表明，在一些化学反应步骤中，这可能发生在前生物世界中，他们可以将这种RNA构建块的前体转化为DNA构建块 - 脱氧腺苷，形成字母“A”在现代的四字母DNA代码中。或者，他们可以将硫脲转化为脱氧核糖，脱氧核糖与脱氧腺苷密切相关，也可能是早期DNA构建模块的前体。

这一发现应该使科学家们更容易接受DNA和RNA一起出现并被包含在第一生命形式中的可能性。包括萨瑟兰在内的一些研究人员已经提出，RNA和DNA甚至可能混合在一起构成第一个基因。现在没有人知道这种有机体是自然发生的，但Scripps Research的Peter Schultz博士最近发表了一篇论文。和同事们描述了一种可以用RNA / DNA混合物制成的基因存活的工程菌。

Krishnamurthy怀疑，无论生命如何，RNA和DNA各自的优势和缺点都会迅速地分解为今天所有细胞中相当严格的分工：用于稳定长期储存遗传信息的DNA，以及用于遗传信息的RNA它自己的一系列特殊任务，包括遗传信息的短期储存和运输以及蛋白质的制造。

“现场开始意识到RNA和DNA最初可以混合在一起，但后来根据他们最擅长的事情进行分离，”Krishnamurthy说。

该研究的作者，“2-Thiouridine的益生元磷酸化通过光还原提供核苷酸或DNA构建块”，是MRC的Jianfeng Xu，Nicholas Green和John Sutherland，以及Scripps Research的ClémentineGibard和Ramanarayanan Krishnamurthy。

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