科學家發現可能引發地球「生命起源」的地質環境
近日,一項發表在《eLife》上的研究揭示了一種可能引發地球上生命起源的地質環境。研究人員發現,在特定的地質條件下,「核酸」——生命的基本遺傳構建塊,可以實現自我複製,這或許為解開生命起源之謎提供了新的線索。
眾所周知,生命的起源一直是科學界未解的謎團。其中一個廣為接受的理論是,遺傳物質的複製,即DNA和RNA的複製,是生命起源的關鍵步驟。RNA分子不僅可以儲存遺傳信息,還能催化自身的複製,這使得它們能夠突變、演化並適應多種環境,最終編碼出生命的蛋白質構建塊。
然而,為了實現這一過程,RNA鏈需要在高鹽和高核酸濃度的環境下完成複製並進行「鏈分離」。但在這樣的環境中,鏈分離是一項艱巨的任務,通常需要溫度變化來實現,這又可能導致核酸的降解。
為了解決這一難題,慕尼黑大學的研究團隊模擬了一種簡單而普遍存在的地質場景:水通過岩石孔隙向上流動,並在與橫向氣體流相交的地方蒸發。這種設置在早期地球的火山島上非常常見,提供了核酸合成所需的乾燥條件。
環境渦旋流動和鹽濃度變化可促進DNA雙鏈分離
在實驗室中,他們構建了這一模型,觀察氣體和水的流動如何影響核酸的行為。通過使用螢光標記的DNA片段,他們發現核酸確實在氣水界面處積累。在實驗開始的五分鐘內,DNA鏈的積累增加了三倍;一小時後,這一數字達到了30倍。
更有趣的是,他們發現這種環境下的渦旋流動和鹽濃度的變化可以促進DNA雙鏈的分離,而無需溫度的變化。這是通過FRET光譜技術測量DNA鏈的分離程度得出的結果。數據顯示,在氣水界面處,DNA雙鏈最初形成,但隨著時間推移,單鏈DNA的比例增加,表明雙鏈正在分離。
為了進一步驗證這一環境能否支持核酸的複製,他們添加了帶有螢光標記的核酸和能夠合成雙鏈DNA的酶。在恆定的溫度下,經過兩個小時,他們觀察到螢光信號增強,這意味著雙鏈DNA的數量增加了。而當他們關閉氣體和水的流動時,沒有觀察到這種現象。
這項研究的重要性在於,它為生命如何在地球上起源提供了一種可行的物理機制。研究團隊指出,這種簡單的地質結構可能在早期地球上廣泛存在,為核酸的富集、複製和分離提供了理想的環境。正如研究的資深作者Dieter Braun教授所說:「我們的發現大大擴展了可能支持早期生命複製的環境範圍,為理解生命在其他星球上如何可能出現提供了新的視角。」
這項研究發表在最新一期的《eLife》。
更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com
參考論文:
Prebiotic gas flow environment enables isothermal nucleic acid replication eLIFE