米兰体育- 米兰体育官方网站- APP下载生命从何而来:从“上帝之手”到“RNA世界”
2026-01-16米兰体育,米兰体育官方网站,米兰体育APP下载
地球生命起源这道“终极谜题”,正在被一项看似不起眼的化学实验悄悄撬开。最新发表在《美国科学院院刊》(PNAS)的一项研究,为“RNA世界假说”补上了关键一块拼图:在类似早期地球的环境中,RNA分子可以在几乎无人工干预的条件下自发合成,而且这一过程甚至可能在火星等其他行星上同样出现。
现代生物几乎离不开两类分子:承担遗传信息存储的DNA,以及在蛋白质合成中扮演核心角色的RNA。DNA结构复杂、复制精密,很难想象它在原始地球环境中“无师自通”地突然出现。相比之下,**RNA**结构更简单,却兼具两种关键能力:既能携带遗传信息,又能催化部分化学反应,这也是“RNA世界假说”成立的逻辑前提。
所谓“RNA世界”,指的是在DNA与蛋白质主宰生物世界之前,地球上可能曾经历过一个以RNA为主角的阶段:最初的单细胞生命并不依赖DNA,而是依靠RNA完成自我复制和信息传递。这一假说在过去几十年间不断被强化,例如人们已经在实验室中发现具备“核酶”活性的RNA分子,能够像酶一样催化反应。
但一直以来,科学界面临一个尴尬问题:在没有生命、没有酶、没有复杂细胞机器的原始地球上,RNA究竟如何第一步“长”出来?如果连最初那一条RNA链都难以自然出现,RNA世界就成了一座“逻辑上合理、化学上不靠谱”的空中楼阁。
本次来自日本东北大学与美国应用分子进化基金会的团队,选择正面击破这一难题。他们采用的是一个被称为“六步非连续合成模型”(Discontinuous Synthesis Model, DSM)的路径,在这一框架下,RNA并非一步到位,而是在干湿交替、矿物参与的环境中逐步拼装出来。
- 反应体系中加入了RNA的所有关键组分:五碳糖核糖、磷酸以及四种核苷碱基——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。
- 混合物中额外加入了玄武岩以及含硼的硼酸盐,这些物质在早期地球的海水、地下热液环境与火山区域中极为常见。
- 研究团队通过加热并反复干燥混合物,模拟地下含水层附近的热环境与干湿循环,这与许多前生命化学模型中强调的“火山边缘浅水池”环境高度吻合。
此前主流观点认为,硼酸盐会“拖后腿”:它被视为一种会干扰关键反应、阻碍RNA前体生成的化学“噪音”。然而实验结果却彻底改写了这一认知——硼酸盐不仅没有阻碍,反而在两个关键环节发挥了“幕后推手”的作用:
- 稳定核糖:核糖分子在温度波动与复杂化学环境中很容易分解,而硼酸盐与核糖形成络合物后,可以显著提高其稳定性,为后续聚合创造时间窗口。
- 促进磷酸相关反应:硼酸盐在体系中有利于磷酸相关中间体的生成,使磷酸更容易参与到形成核苷、再到聚合成RNA链的步骤中。
最终,在这一接近“野生条件”的体系中,实验检测到了RNA的生成——这是首次在如此“粗放”的实验条件下,让RNA在几乎无精细人工控制的情况下自然形成。即便仍有批评者指出,毕竟是人类把所有原料“预先倒进同一只试管”,但在前生命化学研究领域,这一步的意义依然极具突破性。
更具想象力的一环,在于这项实验与行星科学最新成果之间的呼应。NASA“OSIRIS-REx”任务从小行星贝努(Bennu)带回的约120克样本,经分析发现其中不仅存在多种有机分子,还包括五碳糖核糖本身。这意味着,RNA的所有关键原料——核糖、磷酸与四种碱基——都已经在这颗小行星物质中“齐备到场”。
在约43亿年前,一颗类似灶神星、直径约500千米的原行星体,携带着富含核糖与其它有机物的物质撞击早期地球。撞击不仅将这些前体分子大量“倾倒”入地球表面与地下含水环境中,也为后续的干湿循环与岩石催化反应创造条件。按照他们的估计,这一时间点比目前已知最早生命迹象(约41亿年前锆石中的碳同位素信号)还要早约2亿年。
- 而从RNA大规模生成到首批简单生命出现,地质时间上不过又过去区区2亿年左右。
在宇宙尺度上,这是极短的“反应时间”。它暗示着:只要行星具备类似的物理与化学条件,复杂有机分子的生成与向生命过渡可能并非极端罕见的奇迹,而是具有一定概率的自然结果。
研究的意义并不局限于解释地球生命的“童年故事”。同样类型的大撞击与复杂有机化学,也发生在火星的早期历史中。更关键的是,火星表面的硼酸盐矿物已经通过探测任务被确认存在,这使得“火星版RNA世界”的设想具备了基本化学条件。
- 富含碳元素的小行星在行星形成过程中极为常见,许多原行星盘中都观测到了复杂有机物特征。
- 干湿循环、火山活动、地下含水层等,也是许多类地行星可能共享的地质特征。
化学实验室中的一小管混合物,链接起了行星形成、小行星演化、地质过程与天体生物学。**RNA**不再只是地球生命的“家族秘方”,而有可能是宇宙中多地共用的一种“通用模板”。
对于“地外生命是否存在”这道经典问题,这一研究并不能给出直接答案,但它降低了一个长期悬在科学家心中的门槛:从无机行星到有机化学,再到拥有复杂遗传分子的阶段,或许并非想象中那样“万里高墙”。
这类前沿研究看似抽象,但对普通人的思维方式与价值观,其实有几层深刻影响。
如果RNA这样的关键分子在宇宙中并不罕见,生命从化学走向生物的路径并非完全偶然,那么“人类不是宇宙特例”这一观念就更有科学依据。在漫长时间尺度上,生命可能是一颗行星在适宜条件下“顺理成章”的演化产物,而不是某种只属于地球的孤例。
在很多灾难叙事中,生命常被描述为极度脆弱、随时可能被宇宙环境消灭。但从早期地球历史来看:
- 在频繁小行星撞击、高强度紫外辐射、火山活动不断的环境下,复杂有机体系不仅没有“被砸没”,反而可能借助撞击获得原料与能量。
- 干湿循环、温度剧烈变化等,在化学层面并非纯粹破坏过程,也可能是推动分子朝更高复杂度演化的驱动力。
这为公众理解“韧性”提供了一个新的尺度:生命的韧性,并不只是生态保护口号,而是从原子与分子层面就已经写入自然法则。
无论是行星移民、系外行星生命,还是“第二生命样式”(如非DNA/RNA体系生命)的探索,背后都离不开对生命起源路径的理解。当前这一轮关于RNA世界的实验进展,实际上为未来几十年的科幻创作提供了更坚实的科学参照系,也为公众的科学想象腾出了更大的空间。
今天的合成生物学,更多是在已有生命体系基础上的“二次开发”,例如人工改造基因回路、设计新型代谢途径等。而围绕RNA世界的研究,则指向更底层的一层:能否在无细胞、无现有生命框架的条件下,构建一个从化学体系到自我复制体系的全新“生命实验场”?
- 如果RNA真的能够在合适的环境中自发生成,那么下一步的问题将是:如何在实验中让这些RNA分子实现变异与选择,进而构成最原始版本的“进化”?
- 一旦这一过程在实验室中被部分“重演”,合成生物学就有可能从工程化改造时代,迈向“从头合成生命样式”的时代。
当前,全球天文界与航天机构不断发现新的类地行星,同时也在制定月球、火星、小行星资源开发计划。RNA世界相关研究,正在悄然改变“宜居性”的定义:
- 过去重点在温度、水、气体成分,如今需要更多考虑岩石类型、硼等微量元素分布、干湿循环条件等“化学细节”。
- 对小行星物质的精准成分分析,不再只是资源评估问题,也涉及它们是否可能成为“播种生命的快递员”。
随着行星探测任务持续推进,能够在更多天体样本中检出核糖、碱基甚至短链RNA类似物,将成为未来十到二十年内天体生物学的关键目标之一。而围绕这一目标的探测技术、仪器研发与样本分析方法,也将带动相关产业链升级。
如果在类似早期地球环境中能够复现实验,让RNA体系实现自我复制与进化,那么科学界就不得不重新思考一个基础问题:生命的边界到底在哪里?
这类讨论表面看似学术,但对未来人工智能、生物工程监管、行星保护原则(如如何避免人类探测器“污染”火星可能原生生命)等领域有着现实影响。
从神话中的“神造人”“盘古开天”,到哲学中的“第一因”,人类文明一直试图追问同一个问题:我们从哪里来。过去,这个问题更多是宗教、哲学与文学的领域,而如今,一管装着核糖、硼酸盐与玄武岩粉末的试管,也加入了这个跨越千年的讨论。
- 每一个关于未来科技的选择,从人工生命到行星开发,本质上都是在参与改写地球乃至宇宙生命故事的后续章节。
实,当类似贝努的小行星样本不断被带回,当更多星球被证实拥有与早期地球相似的化学剧场,人类或许会迎来一个新的共识:
我们不只是抬头仰望星空的旁观者,也是在用双手和大脑,把“生命何以可能”这道终极问题,一点一点具象化的人类文明参与者。
请问这篇文章的原文来源于何处,是作者写的吗?我只看过相关的几篇论文资料。谢谢
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