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      生命起源的一個可能途徑

      發(fā)布時間:2018-12-03
      來源:綜合保護(hù)中心

        上世紀(jì)50年代,美國學(xué)者米勒(1953)模擬原始地球條件,成功地合成了氨基酸,繼米勒之后,美國學(xué)者佛克斯(1965 1974 1981)通過模擬實驗,氨基酸發(fā)生了聚合,生成一種類似蛋白質(zhì)的高聚合物,這類高聚合物在水溶液中能夠自動聚集成小球狀的多分子體系,他稱之為微球體。微球體具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu),并能通過分裂的方式增殖,被認(rèn)作是原始生命的雛形。米勒和佛克斯的模擬實驗普遍被認(rèn)為是地球上生命起源的開端。因模擬實驗產(chǎn)生的類蛋白分子不是模板合成,不能自我復(fù)制,也只有微弱催化能力,其構(gòu)成的微球體缺乏生命的基本特征—新陳代謝和自我復(fù)制,類蛋白聚集成的微球體如何能演化成原始生命仍不能被解釋,隨之在學(xué)術(shù)界被逐漸淡忘。生命的基本特征是新陳代謝和自我繁殖,實現(xiàn)這一過程是核酸與蛋白質(zhì)共同作用的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng),如此復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)如何在原始地球環(huán)境出現(xiàn)仍是未解之謎。 

        出于對生命起源的強烈好奇心,朱華于1986年初步提出了生命起源的假設(shè),探討類蛋白微球體如何向原始生命演化,這也是他在學(xué)術(shù)生涯中寫的第一篇論文,發(fā)表在一個內(nèi)刊上(朱華. 地球上生命的起源. 地質(zhì)系統(tǒng)管理研究交差科學(xué)與地學(xué)辯證法專輯. 成都地質(zhì)學(xué)院自然辯證法研究會《地質(zhì)系統(tǒng)管理研究》編輯部,1986, 3741.)。在該假設(shè)里,朱華提出了佛克斯的模擬實驗產(chǎn)生的微球體具有耗散結(jié)構(gòu)特征Ilya Prigogine 提出了耗散結(jié)構(gòu)理論并于1977年獲諾貝爾化學(xué)獎即它們能不斷地從溶液中吸收進(jìn)類蛋白分子,彌補其內(nèi)的類蛋白分子的水解,只要溶液中有足夠的類蛋白分子的供應(yīng),微球體就能長期保存,這點從佛克斯的模擬實驗可以證明 朱華同時還提出類蛋白分子會自發(fā)發(fā)生由自身多維空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜有序程度的相對差異所引起的留存性選擇(分子選擇),即分子量較大、具有相對復(fù)雜的多維空間結(jié)構(gòu)的類蛋白分子因具有更強的自我保護(hù)能力,它們較穩(wěn)定且壽命較長,在自然水解中更易被保留,反之則被水解掉。類蛋白微球體具有的這個特征符合耗散結(jié)構(gòu)理論:類蛋白微球體能從溶液中不斷地吸取類蛋白分子(負(fù)熵),補償其內(nèi)的類蛋白分子的自然水解(熵值增加)吸收與水解過程能達(dá)到均衡而能維持微球體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,并提出隨著這個過程的恒常進(jìn)行,分子量大,具有較復(fù)雜的多維空間結(jié)構(gòu)的類蛋白分子因具有更強的自我保護(hù)功能且壽命較長,會在微球體內(nèi)被保留和積累,將會使微球體變得更加有序化并發(fā)生自組織。微球體自發(fā)實現(xiàn)的這種非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)和自發(fā)發(fā)生的對類蛋白分子的留存性選擇,將會使微球體向有序化、組織化方向演化。無獨有偶,大分子的催化功能與其多維空間結(jié)構(gòu)的狀態(tài)有關(guān),一定催化功能的獲得完全取決于一定的、高度有序的多維空間結(jié)構(gòu)的獲得。微球體通過這種“耗散”作用和分子選擇,保留下來的正是這樣的具有一定的、高度有序的多維空間結(jié)構(gòu)的類蛋白分子。微球體可能因濃縮了具有相對較高的催化活性的類蛋白分子,使得在原始地球的熱泉或海洋里難于自然發(fā)生的很多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)能在其內(nèi)發(fā)生。在某些微球體內(nèi)就可能發(fā)生了與有機物分解相偶聯(lián)的核苷酸生成的能量連鎖反應(yīng),并最終發(fā)生了以核糖核酸為模板,以氨基酰-核糖核酸為氨基供體,類蛋白質(zhì)催化(或核糖核酸參與催化)的真正蛋白質(zhì)合成,新陳代謝的基本內(nèi)容形成,這樣的微球體發(fā)生了質(zhì)變,原始生命也就誕生。 

         

        類蛋白微球體向原始生命的演化示意圖 

          

        朱華研究員后來因工作關(guān)系改做植物分類學(xué)、植物區(qū)系地理及群落生態(tài)學(xué)研究。幾年后,因?qū)ψ约旱纳鹪此枷氲溺姁郏喴獙懥艘黄恼拢?/span>1991年中國版《科學(xué)》雜志發(fā)表朱華. 1991. 生命起源的一種假設(shè). 科學(xué)(季刊), 1991, 43 (1): 11, 5252),畢竟該期刊是全中文, 亦無英文題目和摘要,未被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)知。 

        朱華研究員最近看到報道在生命起源上有新發(fā)現(xiàn),追尋這些線索查閱資料,發(fā)現(xiàn)Huber WachtershauserScience, 1998)、Huber et al. Science, 2003)、OrgelPNAS, 2000)、Shapiro Origins Life Evol Biosphere, 2003,)和AnetCurr Opin Chem Bio, 2004),Matveev International Journal of Astrobiology, 2017)等人的觀點與他的思想基本是一致的。最近Carter Jr. & Wolfenden PNAS, 2015)和WolfendenPNAS, 2015等人的發(fā)現(xiàn)在一定程度上也與他的假設(shè)類似。例如,Wolfenden等人提出在生命起源上更可能的一種情形是并非RNA催化了肽鍵的形成,而是肽鍵催化了RNA的形成, 認(rèn)為生命產(chǎn)生之前,就已經(jīng)存在氨基酸和核苷酸的相互作用,后來導(dǎo)致蛋白質(zhì)和RNA的共同產(chǎn)生。這一論點與朱華研究員32年前的想法是符合的。 

        朱華研究員感慨萬分,其一是年輕時最具創(chuàng)造性的好思想沒能去做,科學(xué)發(fā)現(xiàn)可能稍縱即逝;其二是那時無SCI概念,文章亦是全中文,連英文題目都沒有,這樣國際研究群體是無法知道的。 

        不忘初心,朱華研究員把30多年前的思想翻譯成英文,并結(jié)合了一些國際上的最新發(fā)現(xiàn),在SOJ Biochemistry上發(fā)表論文“On the origin of life: a possible way from Fox’s microspheres into primitive life, 期望他的思想對生命起源研究感興趣的學(xué)者提供有價值的參考。 

        文章見附件。 

      本文作者:朱華

      責(zé)任編輯:admin_151c53
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