03.07 新發現可能推翻我們對地球生命誕生的理解

新發現可能推翻我們對地球生命誕生的理解

大約40億年前,各種複雜的有機化合物從單純的碳湯變成了生物化學——這是地球上生命的第一步。

幾十年來,這些步驟的順序一直是辯論的根源。現在,最近發現了一種常見的蛋白質結構,可以幫助我們找到平衡,讓我們更接近於瞭解我們是如何來到這裡。

來自蘇黎世聯邦理工學院(Eth)的研究人員已經證明,短鏈澱粉樣蛋白結構可以指導氨基酸的選擇以構建更多的澱粉樣蛋白。

如果澱粉樣蛋白可能聽起來並不熟悉,它們就是一種蛋白質結構,在自然界中越來越多地被發現。

之所以如此常見的原因之一就是澱粉樣蛋白有一種特殊的扭結,叫做交叉β摺疊結構,這使得它能夠粘在一起形成長而薄的結構--纖維。

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你可能會發現他們與阿爾茨海默氏病有關-“粘性”有時會導致大腦中澱粉樣β聚集到腦中,導致神經組織退化。

事實上,長期以來這種聚集和引起疾病的傾向導致科學家們認為澱粉樣蛋白是一種生物學畸變。

但是現在看起來,它的天賦可能實際上有助於數十億年前開始的生命啟動。

就在兩年前,ETH團隊發現,比典型蛋白質短的氨基酸鏈(在這種情況下僅5到14個單位長)的肽可以在硫化羰存在下自發形成澱粉樣蛋白結構。

由澱粉組成的纖維已經被證明是類似酶的催化劑,促使科學家們懷疑它們在遠古地球上的形成是否起到了幫助其他有機化合物在細胞出現前的時間裡起作用。

在這裡,研究人員通過研究澱粉樣蛋白序列是否也可以催化其他肽的構建而進一步推測他們的假設。

該團隊設計了一系列的中的序列作為DNA引物鏈的等效性,並將它們與其他氨基酸和幾個輔助化學品的選擇量混合起來。

通過比較導致這些混合物與缺乏設計引物澱粉樣結構的肽序列,研究人員發現,在那裡有著大量的澱粉樣蛋白。

化學家Roland Riek說:“這種能力也可能適用於澱粉樣蛋白本身-這意味著分子可以自我複製。”

當一切歸結於它時,生命是特殊的,因為它有能力做出不完美的自我複製。做足夠的副本,有些在下次複製時會做得更好。

如果我們回溯過去,我們最終會遇到一個棘手的問題;最簡單的生命形式是基於複製今天的核酸鏈,還是複製蛋白質碎片?

兩者都得益於催化劑--有助於加速整個過程的化合物。

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RNA世界假說的支持者指出RNA物理性質起到了原始催化劑的作用,使用RNA機器構建更好的核苷酸序列,直到氨基酸被招募到後面的軌道上。

我們知道RNA樣的鹼基大約在四十億年前。但是對於構建分子所需的關鍵元素的可用性問題一直存在疑問,導致其他人懷疑我們是否應該去尋找其他途徑。

自複製蛋白片段將為核苷酸化學鋪平道路,如果只要有人能展示氨基酸能形成並幫助產生新肽-而澱粉樣蛋白可能是一個答案。

“此外,與早期核酸聚合物相比,澱粉樣蛋白比早期核酸聚合物更為穩定,而且與已知的催化RNA的複雜性相比,它們具有更簡單的非生物合成路線。”研究者Jason Greenwald說。

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公平地說,這些都是嚴格控制的實驗室條件。這是從調整蛋白質到創造生命的飛躍。

但原則是,像澱粉樣蛋白這樣的短肽序列具有加速類似氨基酸序列生成速度。

與生物學中的大多數東西一樣,生命化學的起源並不是簡單的。代謝過程、RNA生成和澱粉樣複製都可能是競爭、衝突和混合,形成最初的生命。

“我們永遠無法證明是真的--為此,我們將不得不扭轉過去40到45億年的演變過程。”,裡克·馬查爾說。“然而,我們懷疑它不是一個分子,而是涉及創造生命的各種前體分子的多個分子過程。”


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