地球上最大的謎題，有了新的發現

據我們所知，地球形成于大約45.5億年前，剛開始的時候，地球上是沒有生命存在的。既然如此，那生命是如何在地球上起源的呢？

實際上，這被認為是地球上最大的謎題，科學家們也一直在致力于相關的研究，這不，根據近日發表在《自然》雜志上的一項研究，科學家在這方面有了新的發現，下面我們就來具體了解一下。

關于地球生命的起源，目前認同度相對較高的觀點被稱為“化學起源說”，該假說認為，地球上的生命，應該是非生命物質在漫長的時間里通過一系列極為復雜的化學過程逐漸演化而來，而這也是此次研究的理論基礎。

已知的研究表明，生命的核心有兩個“主角”，一個是蛋白質，另一個是核酸，也就是我們經常聽到的DNA（脫氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。

為方便理解，我們可以將蛋白質想象成一群勤勤懇懇的“工人”，生命活動里絕大部分事情都是它們干的。

而核酸則是“圖紙”和“工程師”，它們記錄了生命所有的遺傳信息，會指導細胞應該在什么時候、用什么材料、以及如何去制造哪一種蛋白質。

其中DNA就像是存儲在“檔案館”（細胞核）里的完整圖紙，RNA則會在這個“檔案館”復印出特定片段，并將其拿到細胞的“生產車間”（核糖體）去指導制造蛋白質的具體工作。

現在問題來了，在生命誕生之初，到底是先有能干活的“工人”（蛋白質），還是先有“圖紙”和“工程師”（核酸）呢？

這是一個令人困惑的謎題，因為蛋白質雖然能干活，但它們卻需要按核酸的信息來指導工作，而核酸的信息又需要復雜的蛋白質機器（比如說核糖體）來完成復制、轉錄和翻譯等過程。

為了對其進行解釋，科學家提出了“RNA世界”假說，其內容簡單來講就是，早期生命形式以RNA為核心分子，它們既是信息的載體，又是功能的執行者，隨著進化，更穩定的DNA逐漸取代RNA成為主要的信息載體，而蛋白質則逐漸成為了功能的執行者。

在過去的日子里，這個假說已經有一定證據的支持，例如科學家發現，有些RNA既能像DNA一樣存儲信息，還能像某些蛋白質一樣，把自己折疊成復雜的三維結構，去執行特定的功能。

那么，生命是如何從那個“RNA承包所有”的狀態，過渡到今天我們所看到的樣子的呢？相對來講，DNA還好說，因為DNA的脫氧核糖核苷酸可以由RNA的核糖核苷酸通過脫氧反應演化而來，而解釋蛋白質如何逐漸成為絕對的功能主力，卻有點困難。

簡單來講，要實現這個過程，首先就需要RNA找到一種方法，將一個一個的氨基酸（也就是蛋白質的基本組成單位）按特定的規律組合起來，最終“制造”出特定的蛋白質。

所以RNA要做的第一件事，就是將自己和氨基酸“綁定”（即把一個氨基酸分子，連接到一個RNA分子的末端），你可以把氨基酸和RNA想象成兩塊光滑的積木，它們自己是拼不到一起的，而是需要一種具有能量的“膠水”，先激活其中一塊，然后再把另一塊“粘”上去。

然而科學家們過去嘗試了很多種可能的“膠水”，但效果都不好。

要知道原始地球的海洋是水的世界，很多具有高能鍵的化學物質一進到水里就變得非常不穩定，很快就分解了，根本來不及完成這個精細的“粘合”工作，又或者，它們會引發一堆錯誤的化學反應，讓氨基酸亂成一團，而不是連到RNA上去。

所以尋找一個合適的、能在水中穩定工作、又能精確地把氨基酸“粘”到RNA上的“膠水”，就成了揭開這個謎題的鑰匙。

實際上，此次研究正是在這方面有了新的發現，在研究工作中，科學家沒有去猜那些可能存在于原始地球上的化學物質，而是反過來，從現在的生命體中去尋找靈感，他們發現，在現代生物的細胞里，有一類非常重要的化學物質——“硫酯”（thioester）。

簡單來講，“硫酯”是一種由硫原子與酰基共價結合形成的化學物質，其化學鍵為高能鍵，它們在生命細胞的新陳代謝里扮演著關鍵的“能量中轉站”角色。

所以科學家就推測，這個“硫酯”可能就是一種理想的“膠水”，于是他們在實驗室里模擬了一個極簡版的“原始湯”，這里面只有水，pH值是中性的，跟原始地球上的條件差不多，然后他們把RNA、氨基酸和“硫酯”這三個“主角”放了進去。

令人振奮的是，科學家在經過大量實驗后發現，氨基酸可以通過“硫酯”的幫助，轉移到RNA分子的末端，形成“氨基酸-RNA”中間態，更進一步，他們還觀察到短肽（peptide）的形成——也就是多個氨基酸連成了短鏈，這條短鏈“掛”在RNA上，形成了“肽基-RNA”（peptidyl-RNA）。

更重要的是，上述過程在化學條件上只是基于簡單、可在水相中發生的化學轉移反應，而這也就意味著，在生命起源的過程中，“硫酯”很可能就是那個“膠水”，在它們的幫助下，RNA才第一次成功地將自己和氨基酸“綁定”在一起。

科學家表示，雖然此次研究的結果并沒有完全解開生命起源這個地球上最大的謎題，但它卻向我們展示了其中的一個關鍵節點，它表明了RNA和氨基酸的連接在化學上是完全可行的，并且可能是一個相當普遍的自然過程，下一步，我們就可以在此基礎上，繼續探尋更深層次的答案。

參考資料：Singh, J., Thoma, B., Whitaker, D. et al. Thioester-mediated RNA aminoacylation and peptidyl-RNA synthesis in water. Nature 644, 933–944 (2025). doi.org/10.1038/s41586-025-09388-y