研究揭示：硼酸鹽如何促進生命起源分子的形成

從簡單的化學到復雜的生物分子，這一過程導致了生命的形成，科學家們一直在努力破解這個謎團。

一項新的研究表明，約在43億年前，地球上的條件非常適合RNA的自然形成，RNA是支持生物學和進化的第一個信息分子。那時，地球的氣氛主要是二氧化碳、氮、水蒸氣和二氧化硫，這些氣體是由于大型小行星撞擊而發生化學還原，暫時創造了有助于RNA形成的條件。

研究人員發現的一個令人驚訝的發現是，礦物硼酸鹽原本被認為會通過附著在關鍵成分上阻止進一步反應，從而干擾基本的前生物過程，但實際上卻起到了相反的效果。相反，硼酸鹽通過清除多余的副產品，并維持RNA合成所需的pH水平，來促進化學反應。

這些研究結果發表在《PNAS》期刊上。

重新審視RNA優先理論

在前生物化學領域，有幾種假說試圖理解生命起源的先后順序，以及哪些過程促成了生物分子的形成。其中一種理論是RNA優先或RNA世界假說，該理論認為RNA在DNA和蛋白質之前出現，既充當化學催化劑，又作為遺傳信息的藍圖。這也表明，最早的生命形式依賴于RNA的自我復制能力。

在這項研究中，研究人員探討了不連續合成模型（DSM），該模型解釋了RNA是如何在早期地球或早期火星的實際條件下形成的，那時生命剛剛開始出現。

該模型提出了六個相互關聯的步驟，從早期地球大氣中的氣體轉化為五碳糖（如核糖）開始，最后，RNA的核苷酸前體通過在火山玄武巖玻璃上的催化作用連接成RNA鏈。

之前的研究在實驗室環境中驗證了這些步驟中的每一個。尚不清楚的是，所有這些步驟是否能夠在沒有人類干預的真實自然環境中同時發生。

模擬早期行星

研究人員希望確定這六個步驟是否兼容，并能在沒有人類干預的自然環境中協同工作。他們的另一個關注點是硼酸鹽，它在多個DSM步驟中發揮著關鍵作用，從指導五碳糖由簡單碳水化合物形成，到控制磷酸基團如何與反應中其他成分結合。

為了回答這些問題，團隊在實驗室中重現了古地球的條件，通過模擬被實際火山玄武巖包圍的地下水系統，這些系統會周期性地干涸和淹沒。為了測試 RNA 是否能在沒有干預的情況下持續形成，他們將所有成分一次性混合在一個容器中。

實驗表明，六步 DSM 反應途徑可以在富含硼酸鹽且被富含玄武巖的巖石包圍的地下水系統中發生，而不需要人類參與。

在化學平衡條件下，反應會把非常簡單的分子轉化為可以生長到 100-200 個單位長度的 RNA鏈。

團隊最初擔心硼酸礦物可能會抑制反應，但實驗表明這種礦物實際上促進了反應并去除了不想要的副產品。

這些發現可能讓我們更接近于最終揭開生命起源之謎。

本文由我們的作者 Sanjukta Mondal 撰寫，Sadie Harley 編輯，并由 Robert Egan 進行事實核查和審閱——這篇文章是經過我們認真工作的結果。我們需要像您這樣的讀者來支持獨立的科學新聞報道。如果您覺得這篇報道重要，請考慮支持我們（特別是每月捐贈）。