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生命起源是科学界的重大谜题。为探究从原始化学到生命的转变，研究人员围绕 tRNA 起源及地球温度循环展开研究。发现地球 daily temperature cycles 可充当 “行星 PCR 机器”，促进自我复制 RNA 发夹与核肽复制器形成，为揭示 LUCA 起源提供新视角。
生命的起源一直是困扰人类的终极谜题之一。大约 40 亿年前，地球如何从无机化学环境孕育出第一个生命实体？传统理论中 “RNA 世界” 假说虽被广泛接受，但 RNA 自我复制机制与蛋白质合成系统的协同演化始终存在 “先有鸡还是先有蛋” 的悖论 —— 独立随机聚合的核苷酸与氨基酸，如何形成相互编码、催化的复杂系统？此外，早期地球环境中，究竟是什么力量驱动了简单分子向具有自我复制能力的生命单元跃迁？这些问题如同拼图中缺失的关键板块，阻碍着我们对生命起源的完整理解。
为破解这些谜团，西班牙安达卢西亚发育生物学中心（Centro Andaluz de Biología del Desarrollo）的 Juan Jimenez 开展了一项富有创新性的研究。其成果发表于《Discover Life》，提出地球的昼夜温度循环可能充当了 “行星级 PCR 机器”，在原始汤中推动 RNA 发夹（RNA hairpin）的自我复制与肽链合成，进而揭示了从化学到生物演化的关键环节。
研究主要基于理论模型构建与分子演化分析，结合 tRNA 结构的保守性特征，通过模拟早期地球温度波动对核苷酸 - 氨基酸相互作用的影响，推断关键生物分子的起源路径。
1 从原始化学到生命：寻找关键过渡
生命起源的核心在于自我复制分子的出现。早期地球可能存在的多磷酸核苷酸与磷酸化氨基酸，为核酸与蛋白质的形成提供了前体。然而，核苷酸聚合物的自我复制机制与氨基酸聚合成肽的路径一直未明确。研究指出，tRNA 作为现存最保守的分子之一，其结构可能源于原始 RNA 发夹的复制，且在核糖体（ribosome）出现前，tRNA 可能具备编码肽链的能力。
2 tRNA12的启示：作为 “分子活化石” 的线索
现代 tRNA 的 “三叶草” 结构被认为由茎环发夹 RNA 直接复制而来。大肠杆菌 tRNA-Asp 序列经虚拟翻译后，其预测肽段与核糖体蛋白 L27 存在保守序列重叠，暗示 tRNA 在核糖体演化前可能直接参与蛋白质合成。这一发现支持 tRNA 是 “RN23A 世界” 向 “RNA - 蛋白质共演化” 过渡的关键分子。
3 氢键到共价键：生命诞生的 “火花”
在原始汤中，核苷酸通过氢键配对形成临时结合，低温环境（如夜间）促进氢键稳定，使 5'-3' 磷酸二酯键得以形成，生成二核苷酸。这一过程类似 PCR 的退火与延伸阶段，为 RNA 链的延伸提供了化学动力。研究强调，低温条件下的自发碱45基配对可能是生命起源的关键物理化学基础。
4 地球的 “PCR 循环”：温度波动驱动自我复制
早期地球的昼夜温差（如夜间 0°C 至白天 60°C）可能模拟了 PCR 的热循环过程。夜间低温促使核苷酸通过氢键配对形成互补链，白天高温则使双链解旋，驱动 RNA 发夹的指数级复制。这种 “行星级 PCR 机器” 机制可在原始湖泊（如陨石撞击形成的水池）中，通过日复一日的温度波动，生成稳定的自我复制 RNA 结构。
5 核苷酸 -67氨基酸互作：RNA 模板上的肽链合成
立体化学假说认为，氨基酸与核苷酸的特异性结合（如三核苷酸密码子与氨基酸的氢键作用）可使氨基与羧基靠近，便于肽键形成。RNA 发夹的 5'- 端链优先结合氨基酸，3'- 端链则用于核苷酸复制，这种分工避免了两者的竞争，形成 “核肽互作复制器”，为翻译与复制机制的协同演化奠定基础。
6 tRNA89前体的演化：从发夹到转运工具
原始 RNA 发夹通过复制与结构优化，逐渐演化出反密码子（anticodon），形成 “转运 RNA 发夹”。反密码子的出现解决了氨基酸侧链长度差异导致的肽键形成障碍，并通过 3'- 端氨基酰化，最终演化为现代 tRNA 的结构，完善了遗传密码的读取机制。
结论与意义 1011
该研究构建了一个从 RNA 发夹自我复制到核肽互作系统的演化框架，揭示了地球物理环境（昼夜温度循环）在生命起源中的核心作用。提出的 “行星 PCR 机器” 模型不仅解释了 RNA 与蛋白质系统的协同起源，还为寻找地外生命提供了新视角 —— 具备温度波动的液态水环境可能是生命诞生的必要条件。此外，研究强调 tRNA 作为 “分子化石” 的重要性，其结构演化路径为理解核糖体与遗传密码的起源提供了关键线索，推动了对 “最后共同祖先”（LUCA）代谢与复制机制的认识。
这项研究以跨学科视角1213融合化学、物理学与生物学，为生命起源的 “RNA - 蛋白质共演化” 难题提供了简洁而有力的解释，展现了地球环境与生物分子演化的深层关联，堪称生命科学领域探索 “从无到有” 奥秘的重要里程碑。
