逍遥学能 2017-11-13 07:06
生命进化或由核糖体驱动而非DNA
据科学日报报道，自从发现DNA是如何编码遗传信息起，大多数有关生命进化的研究都关注于基因。根据“自私基因”理论，细胞和生物体的存在只是作为保护和传递基因的包裹。而最新的一项研究挑战了这一理论，它提出如果任何个体是“自私的”，那么它一定是核糖体。这一发现将终结我们对生命进化的全部理解，以及核糖体本身的功能。
生命的进化最初出现的是什么？在此之前，科学家们的回答只有三个字：DNA。但在期刊《理论生物学》上发表的父女合作的一项最新研究里，丹麦奥尔胡斯大学梅雷迪斯?鲁特-伯恩斯坦(MeredithRoot-Bernstein)博士和美国密西根州立大学的罗伯特.鲁特-伯恩斯坦（RobertRoot-Bernstein）博士提供了证据表明这一问题的答案或可能是另一个：核糖体。
核糖体是所有活体细胞里存在的大型复杂分子。它包含将DNA里的遗传信息转录为可以执行所有细胞工作并组成细胞大部分结构的蛋白质的机制。“核糖体是由三种包裹蛋白质的RNA链组成的，教科书上显示后者是纯结构的，但我们发现核糖RNA曾作为基因，mRNA和tRNA要求制造自身的组成部分??从而产生了现代细胞里的这些结构。”梅雷迪斯?鲁特-伯恩斯坦博士这样说道。
DNA需要什么？
这一父女科研合作始于梅雷迪斯在重新阅读他父亲罗伯特?鲁特-伯恩斯坦1989年的书籍《发现》。“这本书读到一半时，我受到了我父亲讨论的发现策略，我不禁好奇并查阅了‘DNA究竟需要什么？’将一个大型分子拟人化可能听起来有些奇怪。然而，自私基因理论常常简单表达‘DNA想要自我复制’。但我很好奇这是否真的是DNA想要的。”梅雷迪斯解释道。
当有机化学家将分子拟人化时，他们说道分子“想要处于能量最低值的构造形式。”这意味着当它们有能量时，分子可以转化成不同的构造，但它们有一个可以回归的静止状态。DNA的静止状态是紧密蜷缩，非常难解开因此研究人员尚未完全理解不同的分子是如何解开和展开它从而进行复制和转化的。
因此，梅雷迪斯意识到，从有机化学的角度看，“DNA究竟需要什么”的问题的答案是：它需要保持蜷缩成结。DNA并不想要复制和转化，因此她得出结论DNA不太可能是进化过程的动态推动者，因此这又引发了另一个问题：那么到底是谁想要复制和转化？
自私的核糖体
对梅雷迪斯和罗伯特来说，答案显而易见：核糖体。它的静止状态是“准备将DNA转化为蛋白质”。此外，核糖体不仅出现在所有生物体的细胞里，它们在所有活的物种里几乎是一模一样的。
核糖体是由两种分子类型组成：蛋白质和RNA。RNA在结构上与DNA非常相似，它以三种形式存在。其中一种形式是核糖体RNA，或者称rRNA，教科书知识表明它是纯结构性的，组成了核糖“机器”的架构或者骨骼。另外两种RNA，信使RNA（mRNA）和转移RNA（tRNA），位于核糖体以外，它主要是帮助核糖体“机器”根据DNA指令组成蛋白质。信使RNA转录了DNA的遗传信息并将其传递给核糖体。转移RNA将信使RNA的信息转化为氨基酸，后者在核糖体上组装形成蛋白质。
受到《发现》的启发，梅雷迪斯将自私基因理论倒置。如果核糖体是“自私的”想要自我复制？核糖体是否会循环核糖体RNA以与蛋白质发生相互作用??从而创造我们现在所知的信使RNA和转移RNA??并在安全存储装配指令时发明了DNA？如果事实的确如此，那么核糖体RNA序列应该与信使RNA和转移RNA，以及编码核糖体蛋白质的DNA的序列相匹配。
罗伯特对这一最新假设进行了测试，他将核糖体RNA与大肠杆菌的所有RNA、DNA以及蛋白质的数据库进行对比。如果核糖体想要自我复制，核糖体RNA必须包含三样人们从未注意到的事物。首先它必须包含编码自身核糖体蛋白质的基因以形成工作“机器”。其次，他必须包含所需的信使RNA将自身的遗传信息传递至“机器”。最后，它还必须编码必要的转移RNA从而将信使RNA转化为蛋白质。
梅雷迪斯和罗伯特显示了核糖体RNA的结构与大肠杆菌里所有以上提到的结构都有着令人惊讶的良好匹配。“我们展示了核糖体RNA包含信使RNA、转移RNA以及编码自身蛋白质结构和功能的‘基因’的痕迹。核糖体并非仅仅是DNA的被动转录者。”罗伯特表示。
自私核糖体模型开启了可以在泥滩、海洋热液喷口甚至闪电过程中形成的简单生物分子与最后普遍共同祖先(lastuniversalcommonancestor，简称LUCA)之间的巨大理论空缺。梅雷迪斯补充表示：“可能自私的核糖体渲染了与其它生物之间的亲密关系，我们所有生物只是核糖体的不同归属而已。”