生活藝術(shù)家觀念的由來(lái)。

實(shí)驗(yàn)揭示了 RNA 的分子進(jìn)化。

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東京大學(xué)的研究人員首次能夠根據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論創(chuàng)造出一種復(fù)制、多樣化和發(fā)展復(fù)雜性的RNA分子。這提供了第一個(gè)經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，證明簡(jiǎn)單的生物分子可以導(dǎo)致復(fù)雜的逼真系統(tǒng)的出現(xiàn)。

生活有很多大問(wèn)題，尤其是我們從哪里來(lái)？也許你已經(jīng)看過(guò)從猿到人（到疲憊的上班族）的圖片的 T 恤。但是從簡(jiǎn)單的分子到復(fù)雜的細(xì)胞再到猿呢？幾十年來(lái)，一種假設(shè)是 RNA 分子（對(duì)細(xì)胞功能至關(guān)重要）存在于原始地球上，可能與蛋白質(zhì)和其他生物分子一起存在。然后在大約 40 億年前，它們開(kāi)始自我復(fù)制，并從一個(gè)簡(jiǎn)單的單個(gè)分子發(fā)展成多樣化的復(fù)雜分子。這種逐步的變化可能最終導(dǎo)致了我們所知的生命的出現(xiàn)——一系列美麗的動(dòng)物、植物以及介于兩者之間的一切。

盡管對(duì)這一理論進(jìn)行了很多討論，但很難在物理上創(chuàng)建這樣的 RNA 復(fù)制系統(tǒng)。然而，在《自然通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，東京大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)研究生院的項(xiàng)目助理教授 Ryo Mizuuchi 和 Norikazu Ichihashi 教授及其團(tuán)隊(duì)解釋了他們?nèi)绾卧谒麄円?jiàn)證了從化學(xué)系統(tǒng)向生物復(fù)雜性的轉(zhuǎn)變。

RNA 分子在 37 攝氏度的油包水液滴中孵育 5 小時(shí)。然后使用含有無(wú) RNA 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的新液滴將溶液稀釋至濃度的五分之一，并劇烈攪拌。當(dāng)這個(gè)過(guò)程重復(fù)多次時(shí)，就會(huì)發(fā)生突變。來(lái)源：?修改自 Mizuuchi 2022

團(tuán)隊(duì)對(duì)所看到的感到非常興奮?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)單個(gè) RNA 物種進(jìn)化成一個(gè)復(fù)雜的復(fù)制系統(tǒng)：一個(gè)復(fù)制子網(wǎng)絡(luò)，由五種類型的 RNA 組成，具有不同的相互作用，支持長(zhǎng)期設(shè)想的進(jìn)化過(guò)渡場(chǎng)景的合理性，”Mizuuchi 說(shuō)。

與以往的實(shí)證研究相比，這個(gè)新的結(jié)果是新穎的，因?yàn)樵搱F(tuán)隊(duì)使用了一種獨(dú)特的可以經(jīng)歷達(dá)爾文進(jìn)化的RNA復(fù)制系統(tǒng)，即基于突變和自然選擇的不斷變化的自我延續(xù)過(guò)程，從而使不同的特征出現(xiàn)，和那些適應(yīng)環(huán)境生存的人。

“老實(shí)說(shuō)，我們最初懷疑如此多樣化的 RNA 能否進(jìn)化和共存，”Mizuuchi 評(píng)論道?！霸谶M(jìn)化生物學(xué)中，‘競(jìng)爭(zhēng)排斥原則’指出，如果多個(gè)物種競(jìng)爭(zhēng)相同的資源，它們就不能共存。這意味著分子必須建立一種方法，一個(gè)接一個(gè)地使用不同的資源，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的多樣化。它們只是分子，所以我們想知道無(wú)生命的化學(xué)物種是否有可能自發(fā)地發(fā)展出這種創(chuàng)新。”

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那么接下來(lái)呢？根據(jù) Mizuuchi 的說(shuō)法，“與生物有機(jī)體相比，我們的分子復(fù)制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性使我們能夠以前所未有的分辨率檢查進(jìn)化現(xiàn)象。在我們的實(shí)驗(yàn)中看到的復(fù)雜性的演變僅僅是個(gè)開(kāi)始。隨著生命系統(tǒng)的出現(xiàn)，應(yīng)該會(huì)發(fā)生更多的事件。”

當(dāng)然，仍有許多問(wèn)題需要回答，但這項(xiàng)研究為早期 RNA 復(fù)制器可能在原始地球上采取的可能進(jìn)化路線提供了基于經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)一步洞察。正如 Mizuuchi 所說(shuō)，“結(jié)果可能是解決人類數(shù)千年來(lái)一直在問(wèn)的終極問(wèn)題的線索——生命的起源是什么？”

參考：“從單一 RNA 復(fù)制子到多復(fù)制子網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化過(guò)渡”，Ryo Mizuuchi、Taro Furubayashi 和 Norikazu Ichihashi，2022 年 3 月 18 日，Nature Communications。
DOI: 10.1038/s41467-022-29113-x

本研究主要得到科學(xué)研究資助（任務(wù)編號(hào)：JP19K23763、JP21H05867、JP15KT0080、JP18H04820、JP20H04859）、JST PRESTO（任務(wù)編號(hào)：JPMJPR19KA）、天體生物學(xué)中心項(xiàng)目研究（任務(wù)編號(hào)AB021005）的支持。 .

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