關注全球時事|洞察國際風雲
2025-03-18 17:24 星期二

蛋白质合成,探索生命起源之谜

时间:2025-09-26 13:28 来源:快讯社

  你是否曾想过,40亿年前的地球宛如一座“炼狱”——火山喷涌,海洋沸腾,没有氧气。在万物混沌之中,生命的种子究竟是如何萌发的?近日,英国伦敦大学学院的马修·波纳研究团队在《自然》杂志上发表了一项突破性研究成果。他们通过模拟早期地球环境条件,首次成功实现了RNA(即核糖核酸,存在于生物细胞、某些病毒及类病毒中的遗传信息载体)与氨基酸在无酶条件下的化学连接。自20世纪70年代以来,这一难题一直困扰着科学界,而该成果为解答生命起源中“蛋白质如何合成”的关键问题提供了全新思路。

 蛋白质合成示意图。

蛋白质合成和核糖体的横截面示意图。

以上图片均为资料图片

  分子如何迈出通向生命的第一步

  生命起源与演化研究是全球科学家持续探索的重大课题,呈现出多学科交叉融合的特点。

  在环境条件领域,科学界主要存在两种假说,一种是深海热液生命起源假说,认为热液喷口富含的矿物可为早期化学反应提供能量与催化条件;另一种是陆地热泉环境假说。2024年11月,由中国科学家领衔的国际团队发现了在地球最早期陆地热泉式的环境中,铁硫化物可通过光热催化作用还原二氧化碳,产生甲醇,从而为地球生命起源的关键代谢途径提供物质基础。

  在分子进化领域,相关研究多聚焦RNA、蛋白质和脂类等生物大分子的自组装与功能演化,以及“原始细胞”的形成、遗传密码的起源与演化等。

  此外,科学家还通过模拟早期地球条件,综合运用化学、生物学、地质学等多学科知识,尝试在实验室环境中重现生命起源的关键步骤。天体生物学研究也将生命起源的探索延伸至对地外样本(如陨石、火星土壤等)的分析,以更好理解地球生命起源,同时为寻找地外生命提供思路方法。

  此次伦敦大学学院团队的成果就属于分子进化研究范畴。“要完全阐明生命起源,我们仍需解决诸多问题,而其中最具挑战性也最令人兴奋的,仍是蛋白质合成的起源问题。”波纳表示。

  我们知道,氨基酸是构成蛋白质的基本单元,而RNA则负责传递遗传信息并控制蛋白质的合成。了解RNA如何与氨基酸结合,对于理解生命起源和蛋白质合成机制具有关键意义。在现有生命体中,RNA与氨基酸的连接需要专门的酶(合成酶)来催化,而这些酶本身又是蛋白质,其合成信息存储在核酸中,需要由核糖体(RNA是其核心成分)来翻译合成。这就产生了一个“先有鸡还是先有蛋”的经典悖论:没有核酸,就无法编码合成蛋白质;但没有蛋白质(酶),核酸的复制和翻译又无法进行。伦敦大学学院团队的研究证明,在生命出现之前,无需复杂的酶,RNA和氨基酸就可以在早期地球环境下自发连接。这一发现为“分子如何迈出通向生命的第一步”提供了新的关键线索。

  融合“RNA世界”和“硫酯世界”两大生命起源理论

  近半个世纪以来,科学家们一直在探索RNA与氨基酸在无酶条件下的连接机制,但始终未能成功。以往,科学家尝试让氨基酸与RNA结合时,使用的是高活性分子,但这些分子在水中易分解,还会导致氨基酸相互反应,而不是与RNA结合。

  伦敦大学学院团队采用了一种更温和的方法——用硫酯(一种高能化合物)来激活氨基酸。硫酯是很多生物化学反应中的关键化合物。研究人员发现,氨基酸与一种叫做“泛硫乙胺”的含硫化合物反应后,就能变成硫酯形式去激活氨基酸。把这些激活的氨基酸放进模拟早期地球环境的中性水中,氨基酸就能连接到RNA上。这一反应不仅自发发生,还具有高度的选择性,即将氨基酸精准地连接到RNA分子的特定部位,这种选择性避免了氨基酸之间的随意反应。这在生命起源过程中至关重要,因为随意拼接出的乱序短肽(介于氨基酸和蛋白质之间的物质)基本不可能具备稳定功能。由于这些反应的规模极小,无法通过光学显微镜观察,研究团队通过多种分子结构探测技术对其进行追踪,包括显示原子排列方式的磁共振成像技术和测定分子大小的质谱分析技术。

  研究团队认为,由于海洋中的化学物质浓度可能过低,而被稀释的环境不利于这种化学反应的发生,该反应很可能发生在早期地球的湖泊或小水池中,而不是广阔的海洋中。这为科学家寻找生命起源的“摇篮”提供了更具体的方向和化学依据。

  长期以来,生命起源研究中存在“RNA世界”和“硫酯世界”两大主流理论。“RNA世界”理论认为自我复制的RNA是生命的基础,而“硫酯世界”理论提出硫酯是早期生命形式的能量来源。此次研究团队巧妙融合这两个理论,利用硫酯作为激活氨基酸的动力源,最终实现与RNA的连接。这表明生命的起源可能并非只有一个单一的“起点”,而是新陈代谢系统与遗传系统从一开始就通过简单的化学反应协同演化而成。

  不仅如此,这一成果还有助于缩小化学进化与生物进化之间的鸿沟。生命起源研究的一个核心挑战,是解释如何从无生命的化学物质过渡到有生命的生物系统。RNA与氨基酸在简单条件下的自发连接,为这一过渡过程提供了合理的化学基础。此外,这一发现对地外生命的存在可能性也提供了新的思考角度。如果RNA与氨基酸的连接在早期地球条件下能够自发进行,那么在类似条件下的其他星球上,也可能发生类似的化学过程。

  理解生命本质,有助于防控治疗疾病

  尽管取得了突破,科学家们仍然面临许多挑战。下一步,研究团队将探究RNA序列如何优先结合特定氨基酸,从而启动编码蛋白质合成的指令——这是遗传密码的起源。掌握这种温和可控的“RNA—蛋白质”化学连接机制,未来或可应用于人工生命系统构建、原位蛋白质合成以及新型药物精准递送等领域。

  需要指出的是,该发现尚未完全揭示生命起源的所有奥秘,RNA如何“学会”自我复制?首个能合成蛋白质的RNA是怎么来的?等等。对于这些问题,科学界仍需进一步探索。除蛋白质合成外,生命活动还需要细胞膜、代谢系统等组件的协同工作。科学家们将尝试构建能够自我复制、自我维持的原始细胞系统,以更全面地理解生命起源。

  基于伦敦大学学院团队的研究成果,我们可以进一步推想:经过40亿年的进化,生命体细胞的化学微环境可能仍是维持细胞稳态的重要机制。细胞内化学微环境的失衡,或许正是导致分子互作异常、代谢紊乱及功能结构病变的重要因素。这一视角启示我们,深入研究细胞化学微环境的动态变化规律,研发精准调控技术,可以为疾病防控提供新策略。

  蛋白质作为生命的物质基础,其合成机制的揭示对于理解生命本质至关重要。生命起源研究作为科学探索的前沿领域,将持续吸引全球科学家的关注和投入。比如,谷歌Deepmind等多家机构采用AI驱动的从头蛋白质设计,从零开始设计自然界不存在的蛋白质,创造新型酶、生物传感器、治疗蛋白等,为治疗癌症、自身免疫疾病等提供新思路。随着实验技术的进步和多学科交叉融合的深入,我们有理由相信,生命起源这一终极科学问题将在未来得到更加清晰的解答。


外交部:将本着科学原则研究日方关于恢复水产品输华请求
外交部:坚决反对美国向中国台湾地区出售武器
测试视频
综合看点 查看更多>>
习近平同美国总统特朗普在釜山举行会晤
古巴纪念革命英雄卡米洛·西恩富戈斯遇难66周年
2025年世界城市日中国主场活动在重庆开幕
科特迪瓦总统选举初步计票结果显示瓦塔拉胜选
李成钢:中美就稳妥解决多项重要经贸议题形成初步共识
纵横天下 查看更多>>
巴基斯坦军方消息人士称同意恢复与阿富汗会谈
愿推动韩中互惠合作 打造两国民众切身可感的成果——访韩国总统李在明
日本民众连日抗议日美首脑会谈
中方敦促加强国际反恐合作
中美在马来西亚吉隆坡举行经贸磋商
俄外交部发言人:西方仍是虚假信息主要制造者
美政府“停摆”或致高达140亿美元经济损失
“停摆”之下 美国联邦食品救济将暂停
中朝共同举行中国人民志愿军抗美援朝出国作战75周年纪念活动
墨西哥:采收万寿菊 迎接亡灵节
以军再次空袭加沙 两日来致死上百人
荷兰议会众议院选举投票开始
俄外长:北约违背承诺 扩张“一刻也未停止”
喀麦隆现任总统比亚赢得连任
第47届东盟峰会及系列会议在马来西亚开幕
习近平主席韩国之行首日聚焦
神舟二十一号航天员乘组确定
王毅出席蓝厅论坛就落实全球治理倡议发表讲话
李强赴吉隆坡出席东亚合作领导人系列会议
中加关系研讨会在加拿大渥太华举办
中国速度,重新定义“距离”
习近平主席推动构建亚太命运共同体
中国以开放胸怀迎接中外文明交流热潮
中管企业、中管金融企业和中管高校干部职工以实干笃行贯彻落实全会精神
增强必胜信心 赢得战略主动——党的二十届四中全会锚定中国式现代化发展新目标
香港特区第八届立法会选举有序展开 再次彰显新选制优势
十五运会澳门赛区火炬传递路线公布
中国人民解放军驻香港部队组织联合巡逻
大格局·大机遇·大舞台——台胞台企积极展望“十五五”
两岸学者:两岸交流出现新态势,统一进程不可逆转
山东博兴:积极构建普惠托育服务体系
开拓智慧农业广阔空间
我国牵头制定的气候环境试验国际标准正式发布
中央财政农业生产防灾救灾资金4.84亿元下达
把就业当作民生头等大事来抓
今年前三季度全国法院先行调解案件数量增长明显
检察机关依法惩治侵犯公民个人信息犯罪维护网络清朗
首度“亮剑”!《广告法》精准打击AI伪造名人带货案
“一秒生成制服照”? AI岂能如此换装
人民法院40余年累计受理涉外海事案件8.8万件
26国代表齐聚山东潍坊 共话薯业高质量发展与全球粮食安全
陕西白水:苹果试验站铺就“致富路”
农业农村部组织开展小麦抗湿晚播培训月活动
加快农业数智化转型升级
科技赋能农业生产 把论文写在大地上——探访中国农大肇东实验站
仅30万人口的巨鹿,县医院如何跻身全省县域肿瘤防治标杆的?
国家卫生健康委党组书记、主任雷海潮介绍6项重点部署工作
三四级手术占比至75%、远程机器人“隔空手术”,黄骅市人民医院的底气从哪里来
深巷匠心酿 “酒香”:温岭市中医院以 “卓越绩效管理” 破局县级中医高质量发展
民国时期的多个第一
前沿科技 查看更多>>
什么样的科学家能上太空
全球指标领先的全离子加速器装置调试成功
我国科研人员实现“人造太阳”关键核心材料制备
硬气的种子,智慧的农具!杨凌农高会照见农业未来
算力赛道升温 上市公司加大基础设施投入
健康生活 查看更多>>
四中全会精神在基层 | 坐上无人驾驶eVTOL是啥感觉?
新“职”所向丨机器人的“教练员”
数字时代别落下银发一族
“二次号码”与“数字遗产”之困
智算中心规模跃阶式发展 投资规模持续扩大
实用技术 查看更多>>
2025马德里科技展开幕 聚焦数字未来
养老机器人如何加快“飞”入寻常百姓家
程鹏谈智能电动汽车“科技平权”
智能化成为机械行业升级新引擎
无人机“智慧巡检”打造低空经济新样本
科普博览 查看更多>>
前三季度我国软件业务 收入同比增长13%
中国科技馆推出系列老年科普活动
第八届进博会将展示461项新产品、新技术、新服务
“奋斗者”号回到三亚 载人深潜“双雄”在北极实现水下联合作业
加快建设自主可控的科学数据体系
镜头连中外 | 文心致远,延续中韩古城千年情缘
中国邮政发布《丙午年》特种邮票图稿
我国迄今发现时代最早的竹简在湖北展出
首届上海市民文化节妆造大赛收官
2025年“遇见中国”文化节在瑞士伯尔尼举行
2026年初中学考报名时间确定
教育部公布2025—2028学年面向中小学生的全国性竞赛活动名单
10年,这支大学志愿团队帮乡里娃发现美
海南莫斯科动力大学(筹)加紧建设
教育部发布10条措施,进一步加强中小学生心理健康工作
巴林亚青会:中国队游泳赛场收获4金
香港网球公开赛 | 张帅晋级女单次轮
公投获多数居民支持 慕尼黑距离再度举办夏奥会还有多远?
障碍跑世锦赛100米项目再现“兄弟对决”
拜仁喜迎12连胜 利物浦止住颓势
新时代中国调研行之文化中华|宁夏隆德:六盘山红色文旅提质升级促发展
华服“舞动”中原 激活文旅融合新动力
同程旅行与成都天府机场联合举办“与天府·遇世界”全球航旅嘉年华活动
福建首条第五航权客运航线开通
广东金林陨石坑为万年来世界最大规模小天体撞击形成