生物體如何從非生命物質中產生的問題仍然是科學中最深刻的謎團之一。 儘管有許多理論，但結論性的解釋仍然難以捉摸。 考慮到這些事件發生在30億到40億年前，在地球上非常不同的古代條件下，這並不奇怪。
在這麼長的一段時間裡，進化已經完全抹去了生命起源的痕跡，“蘇黎世聯邦理工學院新成立的生命起源和流行病學跨學科中心教授兼副主任羅蘭·里克說。 科學別無選擇，只能提出假設，並用實驗資料盡可能徹底地證實它們。
多年來，Riek和他的團隊一直在研究這樣一種觀點，即蛋白質樣聚集體，即澱粉樣蛋白，可能在化學和生物學之間的過渡中發揮了重要作用。 Riek團隊的第一步是證明這種澱粉樣蛋白可以在早期地球可能普遍存在的條件下相對容易地形成：在實驗室中，只需要一點火山氣體（以及實驗技巧和很大的耐心）就可以將簡單的氨基酸結合成短肽鏈，然後可以自發地組裝成纖維。
由於Riek團隊的不懈努力，澱粉樣蛋白的自我複製特性得到了證實，這一發現無疑將其標記為生命的前體分子。 現在，研究人員再次踏上了發現之旅，他們的最新研究表明，澱粉樣蛋白不僅與RNA和DNA分子結合，而且還部分依賴於靜電吸引力。
在他們的研究過程中，他們發現澱粉樣蛋白在某些地方帶有正電荷，在遺傳物質中帶有負電荷，尤其是在中性至酸性環境中。 這一發現揭示了遺傳物質和澱粉樣蛋白之間的微妙關係。 此外，Riek和他的團隊指出，這種相互作用不僅僅取決於電荷，因為RNA和DNA核苷酸的序列也在其中起著重要作用。 這一發現表明，它們可能代表了將所有生物結合在一起的通用遺傳密碼的早期形式。 總而言之，Riek的團隊通過深入研究，揭示了澱粉樣蛋白與遺傳物質之間的神秘聯絡，為理解生命的起源和進化提供了寶貴的線索。 然而，“儘管我們看到了RNA和DNA分子如何與澱粉樣蛋白結合的差異，但我們還不明白這些差異意味著什麼，”Riek說。 我們的模型可能仍然太簡單了。 這就是為什麼他認為結果的另乙個方面特別重要：當遺傳物質附著在澱粉樣蛋白上時，兩種分子都會獲得穩定性。 在古代，這種增加的穩定性可能被證明是乙個很大的優勢。
這是因為，在那所謂的原始湯中，生化分子就像一層薄薄的晨霧，難以捉摸。 在今天的生物細胞中，這些分子像恆星一樣緻密。 正如Riek的研究人員在最近的一篇文章中所描述的那樣，“澱粉樣蛋白已經顯示出增加原本稀釋的無序系統中核苷酸的區域性濃度和序列的潛力。 這種鮮明的對比，就像從薄霧到星星的轉變，揭示了生物進化的奇妙和偉大。
里克指出，雖然競爭是達爾文演化論的核心，但合作也起著重要的進化作用。 這兩類分子都受益於澱粉樣蛋白和 RNA 或 DNA 分子之間的穩定相互作用，因為長壽命分子隨著時間的推移比不穩定的物質積累得更強烈。 甚至可能是分子合作，而不是競爭，是生命出現的決定性因素。 “畢竟，當時可能並不缺乏空間或資源，”里克說。
參考資料： Saroj KRout、Riccardo Cadalbert、Nina Schr Der、Julia Wang、Johannes Zehnder、Olivia Gambp、Thomas Wiegand、Peter Güntert、D**id Klingler、Christoph Kreutz、Anna Kn Rlein、Jonathan Hall、Jason Greenwald 和 Roland Riek，2023 年 10 月 2 日，《美國化學學會雜誌》。
doi： 10.1021/jacs.3c06287