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生命起源的一个可能途径

时间:2018-12-03  来源:综合保护中心  浏览次数:   作者:朱华     打印  字体: 关闭

  上世纪50年代,美国学者米勒(1953)模拟原始地球条件,成功地合成了氨基酸,继米勒之后,美国学者佛克斯(1965 1974 1981)通过模拟实验,氨基酸发生了聚合,生成一种类似蛋白质的高聚合物,这类高聚合物在水溶液中能够自动聚集成小球状的多分子体系,他称之为微球体。微球体具有一定的内部结构,并能通过分裂的方式增殖,被认作是原始生命的雏形。米勒和佛克斯的模拟实验普遍被认为是地球上生命起源的开端。因模拟实验产生的类蛋白分子不是模板合成,不能自我复制,也只有微弱催化能力,其构成的微球体缺乏生命的基本特征—新陈代谢和自我复制,类蛋白聚集成的微球体如何能演化成原始生命仍不能被解释,随之在学术界被逐渐淡忘。生命的基本特征是新陈代谢和自我繁殖,实现这一过程是核酸与蛋白质共同作用的复杂化学反应,如此复杂的化学反应如何在原始地球环境出现仍是未解之谜。 

  出于对生命起源的强烈好奇心,朱华于1986年初步提出了生命起源的假设,探讨类蛋白微球体如何向原始生命演化,这也是他在学术生涯中写的第一篇论文,发表在一个内刊上(朱华. 地球上生命的起源. 地质系统管理研究交差科学与地学辩证法专辑. 成都地质学院自然辩证法研究会《地质系统管理研究》编辑部,1986, 3741.)。在该假设里,朱华提出了佛克斯的模拟实验产生的微球体具有耗散结构特征Ilya Prigogine 提出了耗散结构理论并于1977年获诺贝尔化学奖即它们能不断地从溶液中吸收进类蛋白分子,弥补其内的类蛋白分子的水解,只要溶液中有足够的类蛋白分子的供应,微球体就能长期保存,这点从佛克斯的模拟实验可以证明 朱华同时还提出类蛋白分子会自发发生由自身多维空间结构的复杂有序程度的相对差异所引起的留存性选择(分子选择),即分子量较大、具有相对复杂的多维空间结构的类蛋白分子因具有更强的自我保护能力,它们较稳定且寿命较长,在自然水解中更易被保留,反之则被水解掉。类蛋白微球体具有的这个特征符合耗散结构理论:类蛋白微球体能从溶液中不断地吸取类蛋白分子(负熵),补偿其内的类蛋白分子的自然水解(熵值增加)吸收与水解过程能达到均衡而能维持微球体结构的稳定,并提出随着这个过程的恒常进行,分子量大,具有较复杂的多维空间结构的类蛋白分子因具有更强的自我保护功能且寿命较长,会在微球体内被保留和积累,将会使微球体变得更加有序化并发生自组织。微球体自发实现的这种非平衡态结构和自发发生的对类蛋白分子的留存性选择,将会使微球体向有序化、组织化方向演化。无独有偶,大分子的催化功能与其多维空间结构的状态有关,一定催化功能的获得完全取决于一定的、高度有序的多维空间结构的获得。微球体通过这种“耗散”作用和分子选择,保留下来的正是这样的具有一定的、高度有序的多维空间结构的类蛋白分子。微球体可能因浓缩了具有相对较高的催化活性的类蛋白分子,使得在原始地球的热泉或海洋里难于自然发生的很多复杂的化学反应能在其内发生。在某些微球体内就可能发生了与有机物分解相偶联的核苷酸生成的能量连锁反应,并最终发生了以核糖核酸为模板,以氨基酰-核糖核酸为氨基供体,类蛋白质催化(或核糖核酸参与催化)的真正蛋白质合成,新陈代谢的基本内容形成,这样的微球体发生了质变,原始生命也就诞生。 

   

  类蛋白微球体向原始生命的演化示意图 

    

  朱华研究员后来因工作关系改做植物分类学、植物区系地理及群落生态学研究。几年后,因对自己的生命起源思想的钟爱,简要写了一篇文章,在1991年中国版《科学》杂志发表朱华. 1991. 生命起源的一种假设. 科学(季刊), 1991, 43 (1): 11, 5252),毕竟该期刊是全中文, 亦无英文题目和摘要,未被国际学术界认知。 

  朱华研究员最近看到报道在生命起源上有新发现,追寻这些线索查阅资料,发现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)等人的观点与他的思想基本是一致的。最近Carter Jr. & Wolfenden PNAS, 2015)和WolfendenPNAS, 2015等人的发现在一定程度上也与他的假设类似。例如,Wolfenden等人提出在生命起源上更可能的一种情形是并非RNA催化了肽键的形成,而是肽键催化了RNA的形成, 认为生命产生之前,就已经存在氨基酸和核苷酸的相互作用,后来导致蛋白质和RNA的共同产生。这一论点与朱华研究员32年前的想法是符合的。 

  朱华研究员感慨万分,其一是年轻时最具创造性的好思想没能去做,科学发现可能稍纵即逝;其二是那时无SCI概念,文章亦是全中文,连英文题目都没有,这样国际研究群体是无法知道的。 

  不忘初心,朱华研究员把30多年前的思想翻译成英文,并结合了一些国际上的最新发现,在SOJ Biochemistry上发表论文“On the origin of life: a possible way from Fox’s microspheres into primitive life, 期望他的思想对生命起源研究感兴趣的学者提供有价值的参考。 

  文章见附件。 

 

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