新研究顯示原始DNA可能通過自發組裝形成

這張圖片顯示的是一滴凝聚的納米DNA（nano-DNA），其中的小顆粒是處于液晶相的納米DNA，圖片左側呈現的是偏振光下的情景。這些液晶顆粒扮演“微型反應堆”的角色，短DNA在這里連接成為多聚物長鏈，這一過程無需生物學機制的幫助。

　　一項由美國科羅拉多大學博爾德分校和意大利米蘭大學完成的新研究發現，四十億年前的DNA樣分子片段擁有自我組裝的特性，這種特性有可能幫助這些分子長度增長，形成重復的化學分子長鏈，并成為原始生命的基礎。

　　雖然此前有關古代礦物質形成的研究結果就有距今三十五億到三十八億年前細菌進化的證據——地殼穩定下來僅僅五億年之后——在這些單細胞生物形成前發生了什么仍然還是個謎。根據論文的共同作者，科羅拉多大學博爾德分校物理學教授Noel Clark的介紹，這項新研究提出了一種觀點，這種觀點認為生物體的構成模塊——核酸是通過非生物機制起源的。

　　這篇論文由意大利米蘭大學的Tommaso Bellini領導完成，發表在最新一期的《自然 通訊》雜志上。除了Noel Clark以外，科羅拉多大學博爾德分校參與研究的其他作者還包括David Walba教授、副研究員Yougwooo Yi和研究助理Gregory P. Smith。這項研究的資助方是意大利教育、大學與研究部的PRIN項目和美國國家科學基金會。

　　二十世紀八十年代，諾貝爾獎獲得者、科羅拉多大學博爾德分校杰出教授托馬斯·切赫和他的研究團隊發現RNA能夠通過化學反應改變自身的結構，這一發現使科學家提出了“RNA世界”這一概念。根據這一觀點，原始的生命是由各種RNA鏈組成的，這些RNA鏈能夠利用環境中的簡單小分子合成出其它的鏈狀分子。現在的研究生命起源的科學家一致認為RNA鏈太過特別，不可能是隨機化學反應的產物，但這項新研究結果為長鏈分子的形成機制提供了另一種可行的解釋，Clark介紹說。

　　這項新研究結果表明，長度在幾個納米的DNA片段能夠自發的自我裝配，并且狀態變為有序的液晶相。這一變化能夠驅動化學鍵的形成，將短的DNA鏈連接起來形成DNA長鏈，這一過程無需生物學機制的幫助。液晶是一種物質形式，具有介于傳統液體和固態晶體之間的特性——比如說，液晶能夠像液體一樣流動，但其分子在定向排列上又更像晶體。

　　“我們的研究發現有助于說明在第一個DNA樣的分子片段出現時，早期的地球上此前發生了什么，” Clark介紹說。

　　科學界中有一個學術猜想，認為DNA在早期地球上形成的方式是由其結構特征和自我組裝能力決定的，這個科研團隊過去幾年間一直在對這一猜想進行探索。在“RNA世界”之前的世界里，核酸片段（DNA和RNA）的自我組裝也許提供了一種模板，幫助它們通過化學反應連接成了由大量重復單元構成的多聚物。

　　“這項新發現表明，在合適的化學條件下，小的DNA片段能夠自發的自我組裝出大量短的雙螺旋鏈，這種自我組裝有助于使DNA片段連接形成多聚物長鏈，為‘RNA世界’的出現鋪平道路，”Clark介紹說。