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日本研究人員首次根據(jù)達爾文進化論創(chuàng)造出RNA復制系統(tǒng)

發(fā)布日期： 2022-03-21 11:33:57 來源：科技日報

日本東京大學研究人員首次根據(jù)達爾文進化論創(chuàng)造出一種可復制、具有多樣化和發(fā)展復雜性的RNA分子。這提供了第一個經(jīng)驗證據(jù)，證明簡單的生物分子可導致復雜且逼真系統(tǒng)的出現(xiàn)。

我們從哪里來是有關生命的大問題，幾十年來，一種假設是RNA分子(對細胞功能至關重要)一直存在于原始地球上，可能與蛋白質和其他生物分子一起存在。然后在大約40億年前，它們開始自我復制，并從簡單的單一分子發(fā)展成多樣化的復雜分子。這種循序漸進的變化可能最終導致了我們所知的生命的出現(xiàn)，包括一系列美麗的動物、植物以及介于兩者之間的一切。

盡管對這一理論進行了很多討論，但很難在物理上創(chuàng)建這樣的RNA復制系統(tǒng)。在《自然·通訊》上發(fā)表的一項最新研究中，東京大學藝術與科學研究生院團隊解釋了他們?nèi)绾我娮C了從化學系統(tǒng)向生物復雜性的轉變。

項目助理教授水內(nèi)亮說：“我們發(fā)現(xiàn)單一的RNA物種進化成一個復雜的復制系統(tǒng)：一個由五種類型的RNA組成的復制網(wǎng)絡，具有不同的相互作用，支持長期設想的進化過渡場景的合理性。”

水內(nèi)亮評論道，“我們最初懷疑如此多樣化的RNA能否進化和共存。在進化生物學中，‘競爭排斥原則’指出，如果多個物種競爭相同的資源，它們就不能共存。這意味著分子必須建立一種方法，一個接一個地使用不同的資源，以實現(xiàn)持續(xù)的多樣化。它們只是分子，所以我們想知道非生物化學物質是否有可能自發(fā)地發(fā)展出這種創(chuàng)新。”

根據(jù)水內(nèi)亮的說法，“與生物有機體相比，我們的分子復制系統(tǒng)的簡單性使我們能夠以前所未有的分辨率檢查進化現(xiàn)象。在我們的實驗中看到的復雜性的演變僅僅是個開始。隨著生命系統(tǒng)的出現(xiàn)，應該會發(fā)生更多的事件。”

雖然仍有許多問題需要回答，但這項研究為早期RNA復制器在原始地球上采取的可能進化路線提供了基于經(jīng)驗的進一步洞察。正如水內(nèi)亮所說，“結果可能是解決人類數(shù)千年來一直在問的終極問題的線索——生命的起源是什么?”

總編輯圈點

根據(jù)已知提出假設，進而對假設進行驗證，這是進行自然科學研究的重要方法。不過有些科學問題，比如生命如何起源，恒星如何演變等等，由于實際場景無法復制或還原，相關假設很難進行直接驗證。于是，科學家們便想方設法創(chuàng)造出各種人工模擬系統(tǒng)，間接對科學假設進行驗證，這未嘗不是個好辦法。上述研究就是一個很好的例子。(科技日報記者張夢然)