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蒋世禄的生物课堂内外

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【引用】美研究称生命最初或由混合遗传物质组成  

2012-01-13 12:18:12|  分类: 生物必修2遗传与 |  标签: |举报 |字号 订阅

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据英国《新科学家》网站1月9日(北京时间)报道,美国科学家最近表示,结构更简单的TNA也具备RNA的某些功能,地球上的生命最初可能由几种遗传物质混合组成。

    除一些病毒外,大多数生命利用DNA(脱氧核糖核酸)存储信息,利用RNA(核糖核酸)执行由DNA编码的指令。研究生命起源的科学家们一直认为,RNA既能存储遗传信息又能充当生化酶,使其成为一个可以开启生命的理想分子,因此,RNA是地球上最先出现的遗传物质。而现在,科学家们表示,TNA似乎也一样能干——尽管人们迄今还没有在自然界中找到它。

    美国亚利桑那州立大学的约翰·恰普特和同事已经制造出一个TNA分子,它能折叠成三维形状并夹有一个特殊的蛋白。这些是制造出一个能像RNA一样控制化学反应的TNA酶的关键步骤。他们让TNA的各个组成成分在有一种蛋白参与的情况下进化:三代之后出现了一个TNA,其拥有一个像酶一样复杂的折叠形状,而且能与该蛋白结合。

    TNA与RNA、DNA的不同之处在于构成核苷酸的糖链不同,构成TNA的糖链为四碳糖苏糖;而RNA为核糖,DNA为脱氧核糖。TNA具备一个关键的优势:它是比核糖和脱氧核糖更小的分子,因此更容易形成。恰普特认为,这并不意味着TNA是最初的遗传物质,早期地球的化学过程非常凌乱,最可能出现的场景是生命由不同的遗传物质混合而成。

    最新研究与诺贝尔化学奖得主、哈佛大学的杰克·苏斯塔克和同事发表于《美国国家科学院院刊》的最新研究一致,苏斯塔克团队制造出了一种一半是DNA、一半是RNA的嵌合核酸,其中的一些核酸能与目标分子相结合。

    然而,“混合遗传物质组成世界”这一假设可能也存在疑问。首先,科学家们没有在现代生物体上发现TNA的踪迹。另外,英国剑桥大学医学研究委员会分子生物学实验室的约翰·萨瑟兰表示,尽管TNA比RNA更简单,但我们不能确定在约40亿年前,其更容易被制造出来,因为迄今还没有人真正在生命出现前的地球环境下制造出TNA。

    恰普特也指出,对TNA能做什么我们仍然知之甚少,因为让分子在实验室进化的技术非常新,这项研究才刚刚开始。(记者 刘霞)

    总编辑圈点

    生命起源于一个能自我复制的分子。1982年RNA酶首次被确证存在,证实了RNA的“全能性”,也使其成为最有可能的第一代自我复制个体。近年来,朊病毒及其以蛋白质而非核酸为模板的复制过程的发现,为科学家打开了研究生命起源的新视角。TNA的加入无疑使生命起源有了更多可能的场景。要证明TNA作为第一代遗传物质的身份,不仅要证明它能在地球早期被合成,还要证明它能转化为RNA或DNA。这些工作对于科学家来说都不是易事。但对TNA的研究至少可以告诉我们生命以TNA为遗传基础存在的可行性。也许未来我们能人工演化出一个以TNA为基础的世界。(来源:科技日报)


科学首次揭示“RNA编辑”生物学功能

栖息在南极冰冷海水中的章鱼并没有给自己的触手带上手套,但它却找到了另一种方式来抵御寒冷。

    一项新的研究表明,这种海洋生物利用一种被称为核糖核酸(RNA)编辑的手段来定制在低温下工作的关键神经系统蛋白质。这篇论文同时也第一次揭示了RNA编辑——不仅仅是改变一个特定的基因——能够导致适应。

    当神经细胞工作时,其质膜中的蛋白质通道会利用开合让不同的离子进出。低温能够妨碍某些与神经系统传递信号有关的蛋白质,这是因为严寒能够延迟钾通道的关闭,从而阻碍了神经系统传递信号的能力。因此研究人员推测,生活在寒冷气候中的生物能够改进它们的钾通道,以便在严寒中更好地生存。

    如今,圣胡安市波多黎各大学医学科学院的分子神经生理学家Joshua Rosenthal和他的研究生Sandra Garrett认为他们已经找到了问题的答案。Rosenthal说:“我想我们正在从基因的水平研究这种变化。”

    在这项研究中,两位科学家将生活在南极冰冷海水中的一种章鱼,与另一种栖息在波多黎各珊瑚礁——水温达25至35摄氏度——中的章鱼进行了比较。令他们感到惊讶的是,两人发现,两种章鱼体内的钾通道基因几乎具有完全相同的脱氧核糖核酸(DNA)序列。接下来,研究人员将这些基因植入蛙卵细胞,目的是合成每种蛋白质,并将它们加载于质膜上。这一做法使得研究人员能够测量每一物种钾通道的电活动。结果显示,这两个物种的钾通道功能基本上是一致的。

    那么极地生物究竟是如何保持其神经正常发报呢?它们采用了另一种方式——RNA编辑——来改变一种蛋白质。在RNA编辑的过程中,细胞修改了RNA的核苷酸序列,它可以改变由此产生的蛋白质的氨基酸序列,进而改变蛋白质的功能。研究人员发现,南极章鱼在9个位点改变了自己的RNA,从而改变了钾通道的氨基酸序列。

    研究人员日前在美国《科学》杂志网络版上报告了这一研究成果。他们指出,其中的一些位点,例如I321V,对于适应寒冷尤为重要——这一变化使钾通道的关闭速度翻了两番。(赵熙熙

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