新研究显示，氨基酸的物理属性、遗传密码和蛋白质折叠间的密切联系可能是在地球原生汤中由构成材料到有机体的进化中的关键因子。
 
起初，只有简单的化学物质。它们产生氨基酸并最终成为创造单细胞所必需的蛋白质。这些单细胞成为植物和动物。近期的研究揭示了原生汤如何产生作为构成材料的氨基酸，对于由最初的细胞到植物和动物的进化有着广泛的科学共识。但这些构成材料最初如何组装成为形成所有细胞结构的蛋白质仍是一个秘密。Richard Wolfenden博士和Charles Carter博士阐释了大约40亿年前由构成材料到生命的转变过程。
 
生物化学和生物物理学教授Carter说：我们的工作显示，氨基酸的物理属性、遗传密码和蛋白质折叠间的密切联系可能自最初、大而复杂的分子登场很早以前，就发挥着至关重要的作用。这种密切互动可能是由构成材料到有机体的进化中的关键因子。
 
在发表于Proceedings of the National Academy of Sciences的相应论文中，他们的发现来到有疑问的RNA世界理论（RNA world theory）面前。该理论假设目前在编码、调解及基因表达中起作用的分子，RNA将它自己从氨基酸和宇宙化学物质的原生汤中提出来，以产生名为多肽的短蛋白继而形成单细胞有机体。
 
Wolfenden和Carter提出，RNA不是单独起作用的；实际上更可能的是RNA催化多肽的形成而不是多肽催化RNA的形成。
 
该发现为数十亿年前生命如何进化的理论添加了新一层含义。
 
它名为LUCA
 
科学界认为，36亿年前存在着地球上所有生命的最后共同祖先（last universal common ancestor，LUCA）。它可能是一种单细胞有机体，有着几百个基因。它已经有了完整的DNA复制、蛋白质合成和RNA翻译的蓝图。它有着现代有机体所有的如脂类等全部基本组成成分。在LUCA以前，认识人们所认为的生命进化的方式是相对容易的。
 
然而，36亿年前并没有关于LUCA如何从地球上形成的沸腾的化学物质大锅中形成的确凿证据，它们是在大约46亿年前地球形成后产生的。那些化学物质相互反应形成氨基酸，直到今天它仍是人类自身细胞中蛋白质的构成材料。
 
Carter表示：我们知道许多有关LUCA的知识，开始了解产生像氨基酸这样的构成材料的化学过程，但这两者之间仍存在着知识空白，需要我们去挖掘、填补。我们甚至还不知道如何探索它。
 
北卡罗来纳大学（University of North Carolina）的研究引领着该领域研究的发展。
 
Carter说道：Wolfenden博士建立了20种氨基酸的物理属性，我们发现了这些属性和遗传密码之间的联系。这种联系暗示我们存在着第二种、更早的密码，它使得发起一个我们可以想象的在地球上创造最初生命的选择过程所必需的多肽－RNA相互作用成为可能。
 
Carter认为，因而RNA并不一定要从原生汤中创造自身。相反地，甚至细胞出现之前，在氨基酸和核苷酸之间更可能存在着相互作用并导致蛋白质和RNA被共同创造出来。
 
来自简单的复杂性
 
蛋白质必须以特定的方式折叠以正常行使功能。由Wolfenden领衔的第一篇PNAS论文显示20种氨基酸的极性（它们在水和油中如何分布）和其大小均有助于解释蛋白质折叠的复杂过程，即同氨基酸相连的链将其自身排列为一个有着特定生物功能的三维结构。
 
Wolfenden说道：我们的实验表明，氨基酸的极性如何在大温度范围内，以不会破坏遗传密码和蛋白质折叠间基本关系的方式持续改变。这对生存十分重要，因为当生命开始来到地球的时候，温度很高，也许比现在或植物和动物开始出现时热很多。
 
在Wolfenden的实验室用氨基酸进行了一系列生物化学实验表明氨基酸的两种属性，大小以及极性对于解释氨基酸在蛋白质折叠中有何行为是充分必要的，这种关系在40亿年前更高温度的地球上也是存在的。
 
由Carter领导进行的第二篇PNAS论文深入研究了名为氨酰基tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetases）的酶如何识别转运核糖核酸或tRNA。这些酶翻译遗传密码。
 
Carter说：把tRNA想象成一个适配器。适配器的一端携带有一种特定的氨基酸；另一端在信使RNA中读出该氨基酸的遗传图谱。每一个合成酶同有着其自身适配器的20种氨基酸中的一种配合，从而信使RNA中的遗传图谱每次都可以忠实地生成正确的蛋白质。
 
Carter的分析说明，L形tRNA分子不同的两端含有独立的密码或规则，指定了选择哪一种氨基酸。tRNA携带氨基酸的一端根据大小对氨基端进行特别的分类。
 
L形tRNA分子的另一端称为tRNA反密码子（anticodon）。它读出密码子（codons），这是根据极性选择氨基酸遗传信息中三个RNA核苷酸的序列。
 
Wolfenden和Carter的发现意味着，tRNA和氨基酸的物理属性，它们的大小和极性之间的关系在地球原始时期是十分重要的。根据Carter此前对名为Urzymes的有着非常小的活性核心的tRNA合成酶的工作，现在看来似乎对大小的选择要优先于根据极性而做出的选择了。这种顺序性选择意味着最早期的蛋白质不必折叠为独特的形状，它们独特的结构在之后进化了出来。
 
Carter说道：遗传密码的翻译是把生命出现前化学同生物学联系起来的关联点。
 
他和Wolfenden相信遗传编码的中间阶段可以帮助解决两个悖论：简单中如何产生复杂性，以及生命如何在两种非常不同的聚合体（蛋白质和核酸）之间进行分工。
 
Wolfenden指出，遗传编码以两个连续阶段发展起来，其中第一个阶段相对简单，可能是生命能够在地球仍很年轻的时候兴起的一个原因。
 
使最早编码的多肽同RNA结合的早期编码可能提供了决定性的选择优势。这一原始系统接下来经过一个自然选择过程，由此开始了一个新的、更具生物形式的进化。
 
Carter补充道：RNA和多肽之间的协作可能是复杂性自发出现所必需的。在我们看来，这是一个多肽－RNA的世界，而不是一个只有RNA的世界。（科学之家，译审：Y Sun）