最初的蛋白质是怎么出现的？科学家破解生命起源悖论

【导(dǎo)语(yǔ)】生(shēng)命(mìng)的(de)起(qǐ)源(yuán)一(yī)直(zhí)是(shì)科(kē)学(xué)界(jiè)探(tàn)索(suǒ)的(de)重(zhòng)大(dà)谜(mí)题(tí)。近(jìn)日(rì)，英(yīng)国(guó)伦(lún)敦(dūn)大(dà)学(xué)学(xué)院(yuàn)（UCL）化(huà)学(xué)家(jiā)马(mǎ)修(xiū)·波(bō)纳(nà)团(tuán)队(duì)在(zài)《自然》杂志上发表的研究，为解开这一谜团提供了新线索。他们发现，在接近原始地球条件的水环境中，RNA与氨基酸可以通过自发化学反应结合，形成通向蛋白质合成的关键中间体，这一过程并不需要现代生命的复杂酶系统，而是由硫醇这一小分子催(cuī)化(huà)完(wán)成(chéng)。这一成果不仅为“RNA世界假(jiǎ)说(shuō)”提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)的化学支撑，还可能对未来的人工生命系统构建、原位蛋白质合成技术及新型药物精准递送等领域产生深远影响。然而，生命起源的复杂问题仍有待更多探索。

·生命的第一缕火花或许就蕴藏在这种看似简单的化学必然性之中。

蛋白质是生命功能的主要执行者，几乎所有细胞都依赖它们。而蛋白质的“组装说明书”则储存在DNA中，由RNA负责“抄写”和“送达”，最终在细胞的“工厂”核糖体生产出来。这就产生了一个“先有鸡还是先有蛋”的问题：在生命诞生的最初，没有细胞、没有核糖体，甚至没有酶，蛋白质是怎么出现的？

近日，英国伦敦大学学院（UCL）化学家马修·波纳（Matthew Powner）团队在《自然》（Nature）发表研究，首次在接近原始地球条件的水环境中，让RNA与氨基酸通过自发化学反应结合起来，形成了通向蛋白质合成的关键中间体。

他们发现，这一过程并不需要现代生命的复杂酶系统，而是由一种可能广泛存在于早期地球的小分子——硫醇（thiol） 来完成。

氨基酸是组成蛋白质的基本原料。在现代细胞中，RNA与氨基酸的结(jié)合(hé)由(yóu)氨(ān)酰(xiān)tRNA（转(zhuǎn)运(yùn)RNA）合(hé)成(chéng)酶(méi)精(jīng)确(què)操(cāo)作(zuò)，这(zhè)一(yī)步(bù)叫(jiào)“RNA氨(ān)酰(xiān)化(huà)”。这(zhè)种(zhǒng)酶(méi)就(jiù)像(xiàng)一(yī)个(gè)极(jí)其(qí)严(yán)格(gé)的(de)仓(cāng)库(kù)管(guǎn)理(lǐ)员(yuán)，确(què)保(bǎo)每(měi)个(gè)tRNA“搬(bān)运(yùn)工(gōng)”都(dōu)领(lǐng)到(dào)了(le)与(yǔ)自(zì)己(jǐ)“订(dìng)单(dān)”（遗(yí)传(chuán)密(mì)码(mǎ)子识别区）完全匹配的“货物”（氨基酸）。一旦连接完成，这些tRNA就准备好进入核糖体“工厂”参与蛋白质生产了。

而在没有这些酶的早期地球，如何让氨基酸安全、有效地“搭上”RNA？研究团队发现，氨酰-硫醇（aminoacyl-thiol）这一特殊中间体能够起到关键作用。 

硫醇是一类含硫的小分子，在现代生命的新陈代谢中非常重要。研究人员发现，如果让氨基酸先和硫醇结合，就能在中性的水环境中选择性地把氨基酸转移到RNA分子的末端“二醇位点”上。

这一过程几乎不会乱生成其他副产物。这种精准度很关键，因为随意拼接出的乱序短肽基本不(bù)可(kě)能(néng)具(jù)备(bèi)稳(wěn)定(dìng)功(gōng)能(néng)，更(gèng)不(bù)用(yòng)说(shuō)产(chǎn)生(shēng)早(zǎo)期(qī)的(de)生(shēng)命(mìng)。  

研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)用(yòng)实(shí)验(yàn)证(zhèng)明(míng)，这(zhè)些(xiē)氨(ān)酰(xiān)-硫(liú)醇(chún)可(kě)以(yǐ)在(zài)早(zǎo)期(qī)地球的湖泊或冰冻水体中自然生成——甚至不需要高温高压或复杂原料。

这一过程的神奇之处在于，同样的水环境、同样的pH值，只通过调整活化方式就能决定是“加载(zài)”还(hái)是(shì)“拼(pīn)接(jiē)”。  

多(duō)年(nián)来(lái)，科(kē)研(yán)界(jiè)在(zài)“RNA世(shì)界(jiè)假(jiǎ)说(shuō)”和(hé)“蛋(dàn)白(bái)质(zhì)先(xiān)行(xíng)论(lùn)”之(zhī)间(jiān)争论不休。而这一成果给了“RNA世界”新的化学支撑——RNA不仅早期就能存储和传递信息，还具备可控地“雇佣”氨基酸的能力。  

虽然这项工作主要瞄准“生命是如何开始”的大问题，但其影响可能远超生命起源学本身。掌握这种温和可控的“RNA-蛋白质”化学链接机制，有望在未来被应用(yòng)于(yú)人(rén)工(gōng)生(shēng)命(mìng)系(xì)统(tǒng)构(gòu)建(jiàn)、原(yuán)位(wèi)蛋(dàn)白(bái)质(zhì)合(hé)成(chéng)技(jì)术(shù)，甚(shén)至(zhì)新(xīn)型(xíng)药(yào)物(wù)的(de)精(jīng)准(zhǔn)递(dì)送(sòng)。  

生(shēng)命(mìng)的(de)第(dì)一(yī)缕(lǚ)火(huǒ)花(huā)或(huò)许(xǔ)就(jiù)蕴(yùn)藏(cáng)在(zài)这(zhè)种(zhǒng)看(kàn)似(shì)简单的化学必然性之中。然而研究者们也表示，生命起源的问题还有待更多的探索。该研究揭示的反应所需的泛硫乙胺浓度可能只在较小的淡水湖泊中才能达到，而在广阔的原始海洋中则会被稀释。此外，这种原始连接产生的氨基酸链是随机的，远不及现代核糖体制造的蛋白质那样精确有序。

参考文献：

Singh, Jyoti, et al. “Thioester-mediated RNA aminoacylation and peptidyl-RNA synthesis in water.” Nature, vol. 644, 28 August 2025, pp. 933-44. doi:10.1038/s41586-025-09388-y.