关于地球生命的起源的新证据

温泉和间歇泉在黄石国家公园。

两个新出版的研究揭示了在两个不同阶段开发的遗传密码如何帮助原始化学品进化到细胞中的遗传密码。

Chapel Hill，北卡罗来纳 - 一开始，有简单的化学品。并且它们产生了氨基酸，最终成为产生单细胞所必需的蛋白质。并且单细胞成为植物和动物。最近的研究揭示了原始汤如何创造氨基酸积木，并且对从第一细胞进入植物和动物的进化方面存在广泛的科学共识。但它仍然是一个神秘的构建块如何组装成形成所有细胞机械的蛋白质。现在，北卡罗来纳州的两位长期大学科学家 - 理查德沃尔登登，博士和查尔斯卡特，博士 - 在大约40亿年前从建筑块到生活中的过渡。

他们的调查结果在国家科学院的诉讼程序中发表，面对有问题的“RNA世界”理论，这使得RNA - 当今在编码，调节和表达基因中发挥作用的分子 - 从氨基酸和宇宙化学物质的原始汤中升高，以发出叫做肽的短蛋白，然后给单细胞生物引起。

沃尔芬登和卡特认为RNA没有单独工作;实际上，RNA催化的肽形成不太可能是肽催化RNA形成的肽。

“我们的工作表明，氨基酸的物理性质与氨基酸的物理性质之间的紧密联系可能是从一开始的开始，在达到现场的大型复杂分子之前很大，”生物化学和生物物理学教授称在UNC医学院。“这种密切的互动可能是从建筑物到生物体的进化中的关键因素。”

该发现为多年前的寿命如何发展的故事添加了一个新图层。

它的名字是luca

科学界认识到，36亿多年前存在最后一个普遍共同的祖先，或卢卡，目前地球上的所有生物。它很可能是一种单细胞生物。它有几百个基因。它已经有完整的蓝图用于DNA复制，蛋白质合成和RNA转录。它具有所有基本组件 - 例如脂质 - 现代生物有。从卢卡向前看，看看我们所知道的生活如何发展是相对容易的。

然而，在36亿年之前，没有关于卢卡在大约46亿年前在地球上形成的化学物质的沸腾釜中出现的有罪证据。这些化学品反应形成氨基酸，这仍然是我们今天的蛋白质中的构建块。

“我们对卢卡了解了很多关于卢卡，我们开始了解制作建筑物等氨基酸等化学的化学，但两者之间有一个知识沙漠，”卡特说。“我们甚至没有知道如何探索它。”

UNC研究代表了那沙漠的前哨。

“博士沃尔芬登建立了二十氨基酸的物理性质，我们发现这些性质与遗传密码之间的联系，“卡特说。“该链接表明，我们有一秒钟，早期的代码，使得启动选择过程所需的肽-RNA互动使我们能够设想在地球上创造第一生命。”

因此，Carter表示，RNA不必从原始汤发明自己。相反，即使在有细胞之前，似乎更有可能在导致蛋白质和RNA共产生的氨基酸和核苷酸之间的相互作用。

从简单起见的复杂性

蛋白质必须以特定方式折叠以正常运行。由沃尔芬登领导的第一个PNA纸表明，二十氨基酸的极性（它们如何在水和油之间分布）和它们的尺寸有助于解释蛋白质折叠的复杂过程 - 当连接氨基酸链排列自身形成具有特定生物功能的特定三维结构。

“我们的实验展示了氨基酸的极性如何在广泛的温度范围内始终如一地贯穿遗传编码和蛋白质折叠之间的基本关系，”生物化学和生物物理学教授沃尔芬登说。这是重要的，因为当生活在地球上第一次形成时，温度很热，可能比现在或者在建立第一个植物和动物时更热。

在沃尔登登实验室中进行的氨基酸的一系列生化实验表明，两种性能 - 氨基酸的尺寸以及极性是必要的，并且足以解释氨基酸如何在折叠的蛋白质中表现，并且这些关系也在40亿年前地球温度较高。

由CARTER引导的第二个PNA纸，涉及如何称为氨基酰基-TRNA合成酶的酶识别的转移核糖核酸，或TRNA。这些酶翻译遗传密码。

“将TRNA视为适配器，”卡特说。“适配器的一端携带特定的氨基酸;另一端读取信使RNA中该氨基酸的遗传蓝图。每个合成酶与其自身适配器的二十个氨基酸中的一种与其忠实地使得信使RNA中的遗传蓝图每次都会制造正确的蛋白质。“

卡特的分析表明，L形TRNA分子的两端含有独立的码或规则，指定要选择的氨基酸。将氨基酸的TRNA的结束特异性地根据尺寸排序氨基酸。

L形TRNA分子的另一端称为TRNA抗oryon。它读取密码子，其是根据极性选择氨基酸的遗传信息中的三个RNA核苷酸的序列。

沃尔芬登和卡特的研究结果意味着TRNA之间的关系和氨基酸的物理性质 - 它们的尺寸和极性 - 在地球的原始时代至关重要。根据卡特以前的工作与称为尿素的TRNA合成酶的非常小的活性核心，现在似乎根据极性来选择精确的选择。该订购的选择意味着最早的蛋白质不一定折叠成独特的形状，并且它们的独特结构以后发展。

卡特说，“翻译遗传密码是将预生物化学的Nexus连接到生物学。”

他和沃尔夫登认为，遗传编码的中期阶段可以帮助解决两种悖论：复杂性如何从简单起见，以及寿命如何在两种非常不同种类的聚合物之间的劳动：蛋白质和核酸。

“遗传编码在两次连续阶段开发的事实 - 这是一个相对简单的第一阶段 - 可能是为什么生活能够出现的一个原因，而在地球仍然很年轻，”沃尔德登指出。

先前的代码，使得最早的编码肽结合RNA，可以提供决定性的选择性优势。然后，该原始系统可以进行自然选择过程，从而发射新的更新的生物形式的进化。

“在复杂性的自发性出现的情况下，RNA和肽之间的合作可能是必要的，”Carter添加。“在我们看来，它是一个肽-RNA世界，而不是一个唯一的RNA世界。”

国家卫生研究院资助了这项工作。沃福登博士在Unc-Chapel Hill的艺术与科学学院举行了联合任命。

刊物：

Richard Wolfenden等，“氨基酸疏水的温度依赖性”，PNAS，2015; DOI：10.1073 / PNAS.1507565112Charles W. Carter，Jr.和Richard Wolfenden，“TRNA受体茎和抗逆信基于与蛋白质折叠相关的独立代码，”2015年PNAS“; DOI：10.1073 / pnas.1507569112

图像：alamy.