慕尼黑路德维希-马克西米兰大学(LMU)的一个研究小组已经证明，转移rna分子(tRNAs)的微小改变可以让它们自我组装成一个功能单元，可以指数级复制信息。trna是早期生命形式进化的关键元素。

 

我们所知道的生命是基于一个复杂的相互作用网络，这些相互作用发生在生物细胞的微观尺度上，涉及数以千计不同的分子物种。在我们的身体里，一个基本的过程每天都在无数次地重复。在一种被称为复制的操作中，蛋白质复制了储存在细胞核的DNA分子中编码的遗传信息，然后在细胞分裂时将它们均匀地分配给两个子细胞。然后，这些信息被选择性地复制(转录)到所谓的信使RNA分子(mRNAs)中，信使RNA分子指导有关细胞类型所需的许多不同蛋白质的合成。第二种类型的RNA——转移RNA (tRNA)——在信使RNA转化为蛋白质的过程中起着核心作用。转运rna充当信使rna和蛋白质之间的中介:它们确保每个特定蛋白质所包含的氨基酸亚基按相应信使rna规定的顺序排列在一起。

 

当生命系统在早期地球上首次进化时，DNA复制和mrna翻译成蛋白质之间的复杂相互作用是如何产生的?这里有一个经典的先有鸡还是先有蛋问题的例子:基因信息的转录需要蛋白质，但它们的合成本身也依赖于转录。天富平台登录

 

由迪特尔·布劳恩教授领导的LMU物理学家们现在已经证明了这个难题是如何被解决的。他们发现，在现代tRNA分子结构上的微小修改可以使它们自主相互作用，形成一种复制模块，这种复制模块能够指数级复制信息。这一发现意味着，在现代细胞中，转录和转译之间的关键中介tRNAs也可能是在最早的生命系统中复制和转译之间的关键联系。因此，它可以为“遗传信息还是蛋白质先存在”的问题提供一个简洁的解决方案。天富平台登录

 

引人注目的是，就其序列和整体结构而言，trna在生命的三个领域都是高度保守的，即单细胞古菌和细菌(缺乏细胞核)以及真核生物(其细胞含有真正细胞核的生物)。这一事实本身就表明，trna是生物圈中最古老的分子之一。

 

就像生命进化的后期步骤一样，复制和翻译的进化——以及它们之间的复杂关系——并不是突然的单一步骤的结果。它被更好地理解为进化之旅的顶点。“诸如自我复制、自催化、自组织和区域化等基本现象可能在这些发展中发挥了重要作用，”迪特·布劳恩(Dieter Braun)说。“一般来说，这种物理和化学过程完全依赖于提供非平衡条件的环境。”

 

在他们的实验中，布劳恩和他的同事使用了一组以现代tRNAs的特征形式为模型的互补DNA链。每根发夹都是由两个“发夹”(之所以这样叫，是因为每根发夹都可以部分自我配对，形成一个细长的环状结构)组成，中间被一个信息序列分开。8条这样的链可以通过互补的碱基配对相互作用形成复合体。根据中枢信息区的配对模式，这个复合体能够编码4位二进制代码。

 

每个实验都从一个模板开始——一个由两种定义二进制序列的中心信息序列组成的信息结构。这个序列决定了互补分子的形式，它可以在可用链池中与之相互作用。研究人员继续证明，模板二元结构可以被重复复制，也就是说，通过应用在温暖和寒冷之间的温度波动的重复序列来放大。布劳恩说:“因此可以想象，这种复制机制可能发生在早期地球的热液微系统上。”特别是，海底多孔岩石中的水溶液为这种反应循环提供了一个有利的环境，因为众所周知，由对流产生的自然温度振荡就发生在这种环境中。