如果生命最具標(biāo)志性的基石之一一直被誤解了呢？一項(xiàng)新研究挑戰(zhàn)了關(guān)于古老蛋白質(zhì)及其在生命起源中作用的長期假設(shè)。

生命是如何起源的？古老蛋白質(zhì)可能蘊(yùn)藏著重要線索。地球上的每一種生物都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的。如今，即使是最簡單的生命形式，如單細(xì)胞生物，也包含復(fù)雜且高度結(jié)構(gòu)化的蛋白質(zhì)。但情況并非總是如此。

長期以來，科學(xué)家們相信最早的蛋白質(zhì)始于一種被稱為“模體”（motif）的簡單結(jié)構(gòu)特征。

人們曾認(rèn)為，這個模體是更復(fù)雜蛋白質(zhì)演化而來的“種子”。然而，新的研究正在挑戰(zhàn)這一觀點(diǎn)。由佐治亞理工學(xué)院的林恩·卡默林（Lynn Kamerlin）和東京地球生命科學(xué)研究所（Earth-Life Science Institute）的利亞姆·隆戈（Liam Longo）領(lǐng)導(dǎo)的一個全球科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這個模體可能并不像曾經(jīng)認(rèn)為的那樣核心，至少它本身并非如此。

“它很可能是一個被（時間）侵蝕的分子化石，其真正的本質(zhì)在數(shù)十億年的進(jìn)化過程中已被覆蓋改寫，”卡默林說。“這項(xiàng)工作徹底重塑了我們對蛋白質(zhì)的思考方式。這就像試圖玩‘蛋白質(zhì)版危險邊緣（Jeopardy!）’游戲 —— 現(xiàn)在我們需要重新思考最初的問題是什么。”

史前蛋白質(zhì)

不難理解為何這個假說長期存在錯誤。該模體與生命關(guān)鍵元素之一的磷元素相關(guān)聯(lián)。許多最早的蛋白質(zhì)會與含磷化合物結(jié)合。雖然這些早期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)各異，但它們常常共享相同的模體。

“多年來，研究人員認(rèn)為這意味著今天的復(fù)雜蛋白質(zhì)來源于這個模體本身 —— 這個小小的蛋白質(zhì)孕育了整個（蛋白質(zhì)）家族，”隆戈說。

為了探究蛋白質(zhì)的起源，研究人員仔細(xì)梳理了現(xiàn)有的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。然后，他們通過計算方法識別并表征了相關(guān)的蛋白質(zhì)。盡管他們在建模中識別出蛋白質(zhì)的一些相似結(jié)構(gòu)，但模體并不完全相同。他們發(fā)現(xiàn)可能存在許多不同類型的磷酸鹽結(jié)合蛋白。認(rèn)為這個模體本身具有某種特殊性的想法是錯誤的。

“我們不會假設(shè)眼睛孕育了頭部，盡管幾乎所有的頭部都有眼睛；這是因?yàn)橐曈X涉及相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，”卡默林解釋道。“我們早期的肽（指模體）呈現(xiàn)了一個類似的例子。只有當(dāng)它嵌入更大的系統(tǒng)中，才能發(fā)揮其作用。”

蛋白質(zhì)的可能性

研究人員在水中和甲醇環(huán)境中測試了這項(xiàng)工作。甲醇模擬了地球上可能水分較少的環(huán)境。研究人員在這種甲醇環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了具有可比性的蛋白質(zhì)模體，證明了這個著名的模體并非獨(dú)一無二，而只是眾多具有相似特性的可能模體之一。曾被假定為早期生命基石的東西，很可能只是一塊化石碎片 —— 而非完整的圖景。

卡默林和隆戈的研究不僅有助于其領(lǐng)域確定生命如何開始，也推動了生物技術(shù)的進(jìn)步。更好地理解天然蛋白質(zhì)如何演化，將幫助其他研究人員創(chuàng)造人工蛋白質(zhì)，應(yīng)用于從藥物遞送到新疫苗研發(fā)等各個領(lǐng)域。

這項(xiàng)工作遠(yuǎn)未結(jié)束。既然研究人員知道這個蛋白質(zhì)模體只是眾多可能選項(xiàng)中的一個，問題就變成了：這個模體是何時變得如此普遍的？生命還可能是什么樣子？這些問題將有助于科學(xué)界做出可能惠及所有人的發(fā)現(xiàn)。

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