“重现”原始地球RNA自然合成之路

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

现代生命离不开三样东西：DNA、蛋白质和RNA。

但问题是，它们不可能同时出现。蛋白质就像建筑工人和建筑材料，没有蛋白质，DNA无法复制；DNA就像建筑蓝图，没有DNA，蛋白质无法构建。为了解开这个“先有鸡还是先有蛋”的难题，科学家提出了一个影响深远的假说：“RNA先行”。在这个设想中，RNA分子身兼双职：既是承载遗传信息的蓝图，也是催化化学反应的“工人”。最早的生命，也许只是一些能自我复制的RNA分子。

这个假说听起来很完美，但几十年来始终卡在一个现实问题上：RNA这么复杂的分子，真的能在原始地球那个混乱的环境里，自然、自发地形成吗？

为了破解这个谜题，科学家不再孤立地测试单个化学反应，而是模拟一个更完整、更真实的早期地球环境。

那个场景大约在43亿年前，地球由火山玄武岩构成了地下含水层。那时的大气中充满了二氧化碳、氮气、水蒸气和来自火山喷发的硫化物，整个星球正经历着剧烈的地质变动。

科学家依据一个名为“不连续合成模型”（DSM）的路线图，将RNA的形成过程拆解为6个相互关联的化学步骤，试图还原RNA“从零开始”生成的全过程：从大气中的简单气体出发，逐步生成五碳糖、碱基和磷酸，再把这些“零件”拼接成RNA链。关键不在于单个步骤是否可行，而在于这些步骤能否在自然环境中一环扣一环地自动进行到底。

实验中有一个关键角色，就是硼酸盐矿物。此前，许多研究认为硼酸盐可能会“捣乱”，因为硼酸盐有个“坏习惯”，它特别喜欢紧紧“抓住”其他分子，形成稳定的复合物。科学家担心，它会“锁死”反应的关键中间体，让整个合成过程戛然而止。

然而，实验结果却带来了戏剧性的反转。硼酸盐像一名“清洁工”，不断带走反应产生的副产物，同时稳定反应所需的酸碱环境，反而让RNA合成更加顺畅。

在玄武岩和硼酸盐的共同作用下，奇迹发生了。在无人干预的容器中，那些简单的原料开始自动遵循DSM的6步路径，有序地发生反应。经过一系列转化，它们最终成功连接成了长度达100—200个单元的RNA链。

现在，我们终于知道，RNA完全可以在早期地球真实的地质条件下，“从零开始”自主合成。虽然这并不意味着科学家已经重现了生命的诞生，但这些结果至少说明，生命起源最困难的步骤之一，即信息分子的自然形成，在化学上是可行的。这些发现让我们离最终解开生命起源之谜更近一步。