12-mers DNA随机序列的模板连接。
在生命出现之前，地球上的许多物理化学过程是高度混乱的。大量由亚基（如DNA和RNA中的碱基）组成的小化合物和不同长度的聚合物会随机组合，其总数之大难以预测。生命若要从这一片混沌中诞生，其混乱程度必须降低。
近日，在一项新研究中，由Dieter Braun领导的德国慕尼黑大学（LMU）的物理学家们表明，简单聚合物的基本特征足以在生命起源的前环境中触发可降低混乱程度的选择过程。相关论文发表在《美国国家科学院院刊》上。
之前的研究表明，在存在温度差和Soret效应（凝聚相的热扩散现象）的情况下，RNA链能在局部积累几个数量级。“但问题是，长分子的碱基序列是完全混乱的。”Braun说。论文的第一作者Patrick Kudella说。“通过纯粹的随机过程来组装功能性核酶或类似分子的复杂结构实际上是不可能的。”那分子扩展形成更大的“低聚物”是否受到了某种选择机制的影响？
在生命起源之时，只存在少数简单的物理和化学过程，因此，序列的选择必须由环境和低聚物的性质决定。为了保证低聚物的催化功能和稳定性，它们需要形成像DNA双螺旋那样的结构。许多聚合物同时包含双链和单链。单链部分可以通过两个过程进行重构：通过聚合，单链由碱基形成完整的双链；通过连接，较长的低聚物可以结合在一起。在连接过程中，双链部分和单链部分同时形成，使低聚物进一步生长。
Braun说：“我们的实验从大量短DNA链开始，在早期低聚物模型系统中，我们只使用了两个互补的碱基，腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（C）。我们认为，随机序列连接的链会形成较长的链，其碱基序列不会那么混乱。”然后，研究人员分析了这些序列混合物，结果发现，序列熵（序列的无序或随机程度）降低了。
研究人员还确定了秩序“自发产生”的原因。他们发现，获得的大多数序列可分为两类：碱基组成要么是70%的A和30%的C，要么相反。Braun解释：“如果两种碱基中某一种的比例显著增加，这条链就不能自我折叠，只能进行连接反应。”因此，在反应中也几乎不会形成含两种碱基各一半的链。
新研究表明，即使在最简单、原始的模型中，也有多种选择机制可以发挥作用。这些选择机制可以影响不同长度的长链生长，也是不同因素组合的结果。Braun认为，这些选择机制是形成具有催化活性的复合物（如核酶）的先决条件，在生命从混沌中诞生的过程中发挥了重要作用。
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编译：花花
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：
https://phys.org/news/2021-02-life-darwinian-evolution.html
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