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理解地球生命起源中生物区室化的出现至关重要。研究人员围绕凝聚体理论开展研究,结合液 - 液相分离(LLPS)和核糖核蛋白(RNP)相关理论,提出新视角,为理解生物区室化起源提供了新框架,推动了生命起源研究。
在探索地球生命起源的征程中,生物区室化的起源一直是个神秘的谜题。想象一下,在远古地球那片充满未知的 “原始汤” 里,简单的物质如何一步步演变成拥有复杂区室结构的生命形式,这吸引着无数科学家不断探索。以往的凝聚体理论认为,生命起源与凝聚体有关,凝聚体(最初被定义为在水溶液中自发形成的有机分子胶体聚集体)能分隔分子、集中反应物,为生命起源创造条件 。但这个理论存在诸多缺陷,比如无法解释核酸和遗传的作用,基于脂质的凝聚体难以控制化学组成和通透性,结构也不稳定,无法满足生命遗传信息传递和演化的需求。
为了揭开生物区室化起源的神秘面纱,来自国外的研究人员开展了相关研究。他们重新审视经典的凝聚体理论,结合现代分子生物学的前沿知识,提出了新的观点。研究发现,通过液 - 液相分离(LLPS)形成的核糖核蛋白(RNP,RNA 和蛋白质的复合物 )凝聚物,可能是最早的生物区室。这一研究成果为理解生物区室化在 RNP 世界假说中的起源提供了全新的框架,对生命起源的研究有着重要意义,该研究成果发表在《BioSystems》上。
研究人员在开展研究时,主要运用了现代分子生物学的相关知识和理论分析方法。通过对凝聚体理论历史发展的梳理,结合当代对 LLPS 介导细胞内组织的研究成果,进行综合分析与推理。
研究结果
- RNP 世界:核糖核蛋白世界假说认为,核糖核蛋白而非脂质结构,是生命的基础生物分子结构。RNA 对生命系统的组装至关重要,但没有肽的帮助,RNA 可能无法演化成生命系统。这表明在生命起源的过程中,RNA 和肽之间存在着紧密的联系,二者的相互作用或许是生命诞生的关键环节之一。
- 相分离提供 RNP 世界的区室化:生物医学对液 - 液相分离(LLPS)的研究为原始区室化提供了新模型。基于 LLPS 的凝聚体系统中,生物分子可逆组装成不同液相或区室,相比传统脂质滴形式的凝聚体,具有更强大和动态的特性。这说明 LLPS 在生物区室化过程中发挥着独特作用,为早期生命形成稳定且具有功能性的区室提供了可能。
研究结论和讨论
研究人员重新解读了 Oparin 的凝聚体理论,借助现代分子生物学的视角,将 LLPS 和 RNP 凝聚物引入生物区室化起源的研究中。这一研究突破了传统凝聚体理论的局限,为解释生命起源中生物区室化的出现提供了更合理的机制。新理论强调了 RNP 凝聚物通过 LLPS 形成生物区室的可能性,这不仅有助于理解早期地球水环境中生化反应如何进行,还为后续研究生命起源相关问题提供了新方向。未来,基于这一理论框架,科学家们有望进一步深入探索生命起源的奥秘,挖掘更多关于早期生命形式和演化过程的信息,推动生命科学在起源研究领域不断向前发展。