从生命起源汤到细粒RNA世界

1863年，查尔斯·达尔文在给他的朋友约瑟夫·胡克的信中写道:“目前，关于生命起源的想法纯属垃圾。”同样令人难忘的是，仅仅八年后，他还是忍不住这么做了，他再次写信给胡克说，如果有“一些温暖的小池塘，里面有各种各样的氨和磷盐，有光、热、电”，那么就有可能“一种蛋白质化合物在化学上形成，准备经历更复杂的变化”——从而导致了第一批生命形式。

达尔文关于用正确的化学成分调味的“生命起源前汤”的概念后来由亚历山大·奥帕林和J·B·S·霍尔丹在推测中发展起来，然后在1952年斯坦利·米勒和哈罗德·尤里的开创性实验中得到了实验验证。这些装置从甲烷、氨、氢和水的混合物中产生简单的氨基酸，并通过放电提供能量。但是，尽管从那以后进行了无数关于合理的生命起源前化学的实验室研究，但随着我们对早期地球的实际地球化学和地质条件的了解越来越多，这个故事只会变得越来越复杂。

在达尔文的时代，人们普遍认为“蛋白质”是一种Ur-substance的生命物质。但如今有一种流行的观点认为，RNA既能催化酶，又能保存可复制和遗传的基因信息，它可能是基于dna -蛋白质双重作用的生命系统的前身。什么样的生命前化学反应可能产生了这个“RNA世界”?毕竟，这是一种复杂的分子，RNA世界假说的两位主要倡导者杰拉尔德·乔伊斯和莱斯利·奥格尔令人难忘地将其描述为“生命起源化学家的噩梦”。¹

噩梦燃料

佛罗里达州阿拉楚瓦市应用分子进化基金会的史蒂文·本纳(Steven Benner)十多年来一直在研究这个问题。例如在2012年，他和他的同事建议道RNA核苷酸和寡聚物是如何从古代山谷含水层中的简单前体形成的，由硼酸盐矿物稳定。²两年前，本纳和其他人概述了详细的场景这些相同的分子是如何在大约43.6亿年前地球演化的冥古宙时期出现的。^3.他们解释说，在可能的CO中制造RNA核苷酸₂/ N₂/小时₂生命起源前地球的O大气层(比最初的Urey-Miller假说中的氧化成分更强)被渲染得坚硬，因为它需要减少氮化合物，如氨、氰化氢和氰化物，这些化合物在这样的环境中不会明显形成。

但是一个短暂的机会窗口可能是在44.8亿年前，一个月球大小的名为莫尼塔的物体与地球的掠撞而打开的。⁴这可能暂时创造了一个足够还原的气氛来稳定这些RNA前体，使它们沉淀并开始在暴露的土地上形成矿物催化的RNA，直到大约43亿年前重新建立了一个非生产性的环境。在这种观点下，RNA世界的出现将是一个非常精细的偶然事件。

现在，本纳和同事们已经发现更多实验支持这一假设的基础是:当核糖核苷三磷酸单体渗透到玻璃状玄武岩中时，它们可以通过表面催化聚合成RNA，这些玄武岩可能在当时存在于地球上。⁵换句话说，如果单体可用，聚合物也很有可能形成。在这些玄武岩中存在的硼酸盐，也已被证明可以指导从简单碳水化合物中RNA核糖的形成。

我们已经远离了达尔文、尤里和米勒的生命起源之汤。现在，从一种模糊的“前生命”化学物质mélange中随意生成一些看起来有希望的有机物是不够的:通往生命化学起源的路线需要与细节地球早期历史⁶这需要真正的跨学科的努力，它使得任何假设都更加依赖于它运行的环境的具体情况:这是一个与天体生物学和地球生命起源同样相关的考虑。

但是，考虑到我们对45亿年前的事件和条件的了解肯定是有限的，我们对关于生命起源的如此精细的理论又有多大的信心呢?制造生命现在使用的一些分子只是故事的一部分(也许是很小的一部分)。我们是否应该转而寻求化学系统如何成为生物实体的更一般化的理论?

换句话说，这种张力与理解生命系统本身的张力是一样的。答案会通过深入研究(生物)化学细节来得到吗?还是它们存在于生物物质的一般过程特征中?解决方案可能需要两种方法;更棘手的问题是这两个人是否会见面。