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科學家創(chuàng)造分子模型模擬地球生命細胞形成過程
據(jù)國外媒體報道，美國賓夕法尼亞大學化學家克里斯丁-凱亭與菲利普-貝維拉夸近日在地球早期環(huán)境RNA分子研究領(lǐng)域取得了成果。他們使用聚合物的大分子創(chuàng)造了一種由RNA構(gòu)成的類似原始細胞的結(jié)構(gòu)模型。RNA也是一種帶有遺傳物質(zhì)的載體，但要比DNA在地球上出現(xiàn)地更早。這種模型模擬了原始細胞在地球的初期是如何對當時的化學環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng)的。他們的研究結(jié)果發(fā)表于《自然科學》期刊上。

　　在現(xiàn)代生物學中，人們認為除了一些病毒之外，所有的生命體都是以DNA作為遺傳基因信息載體的。在“RNA世界”假說中，RNA被認為是zui先出現(xiàn)在地球上。RNA在生物體中不僅作為遺傳基因信息載體，還作為一切化學反應(yīng)功能分子的組成成分。在此之后地球上才慢慢開始出現(xiàn)DNA和蛋白質(zhì)。與DNA不一樣，RNA可以適應(yīng)不同種類的分子結(jié)構(gòu)類型，因而RNA可以在分子層面完成功能互動。在研究報告中，克里斯丁-凱亭與菲利普-貝維拉夸與克里斯托弗-斯圖爾森與羅薩琳-摩爾登兩名研究生一起試圖對“RNA世界”假說中的一些理論展開深入的探索和研究。

　　貝維拉夸稱，“RNA世界假說中有一塊空白的地方叫做區(qū)室化，讓RNA僅僅進行懸浮并不足以構(gòu)成一個分子。RNA必須被分割區(qū)分開而且要被固定起來裝載足夠的信息量。這種封裝過程需要發(fā)生在一個足夠小的空間中，這個空間和現(xiàn)在的細胞結(jié)構(gòu)相似。zui簡單的事實就是分子與分子之間必須依靠在一起進而發(fā)生化學反應(yīng)。”

　　為了測試地球早期的細胞生命結(jié)構(gòu)的形成過程和在缺失脂類分子形成現(xiàn)代細胞結(jié)構(gòu)中細胞膜的情況下如何分隔RNA，斯圖爾森與摩爾登在實驗室中了一種無生命的細胞模型進行相關(guān)研究。他們表示，“我們的團隊用聚乙二醇和葡聚糖準備了一種溶液劑，這些溶液劑形成了明顯的富含聚合物的水體，在這種環(huán)境下RNA分子可以自然聚合。”

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)，一旦RNA被封裝進富含葡聚糖的隔室中，分子就會在物理性質(zhì)作用下自然鏈接，繼而發(fā)生化學反應(yīng)。“有趣的是，RNA分子的濃度越高，化學反應(yīng)發(fā)生得越快。我們注意到隨著濃度的增加，化學反應(yīng)的速率加快了約70倍。更重要的是，我們證明了RNA分子如果想要發(fā)生化學反應(yīng)，就必須被緊密地分隔在像細胞的空間內(nèi)。我們的實驗結(jié)果顯示一些分隔機制在地球早期環(huán)境中起到了催化劑的作用。” 凱亭補充道，“雖然研究團隊認為在地球早期環(huán)境中并不會存在聚乙二醇和葡聚糖這樣的物質(zhì)，不過試驗的結(jié)果還是為當時形成分隔提供了一些合理的解釋，這被稱為階段性分離。階段性分離發(fā)生在兩種不同的大分子以較大聚合性存在于同一種溶液劑中的時候，它們不會混合在一起，而是會形成兩種截然不同的液體，這個過程和油與水自然分開一樣。我們用聚乙二醇和葡聚糖模擬而成的溶液劑可以通過加大聚合性來加快生物化學反應(yīng)的速率。因此也可以認為，在地球早期環(huán)境下也有一種類似的溶液劑可以產(chǎn)生類似的效果。” 斯圖爾森補充說道，“這些研究結(jié)果不僅為‘RNA世界’假說提供了理論，也對現(xiàn)代生物學中RNA在無細胞膜情況下固定位置的研究提供了幫助。”

　　研究團隊還發(fā)現(xiàn)了這樣一個現(xiàn)象：RNA鏈越長，在溶液劑的濃度也就越大。貝維拉夸說，“我們假設(shè)這個研究結(jié)果可能暗示著某種原始的排序方法。當RNA鏈變短的時候，RNA分子會擁有較少的酶活性。因此，在地球早期的環(huán)境中，長度較長的RNA鏈會自然聚集到一個區(qū)域，而較短的RNA鏈著會被‘擠’到一邊。不過，較短的RNA鏈還是有可能會發(fā)生一些比較重要的生物化學反應(yīng)。”

　　科學家希望通過用其他大分子模型來繼續(xù)他們的研究。凱亭補充說，“我們對研究濃度較大的大分子系統(tǒng)比較感興趣，特別是和地球早期環(huán)境中存在的情況相似的環(huán)境系統(tǒng)。當然，在RNA鏈依然起著重要作用的現(xiàn)代細胞結(jié)構(gòu)中，我們也希望有更多的發(fā)現(xiàn)。”
科學家創(chuàng)造分子模型模擬地球生命細胞形成過程