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                新研究通過分子功能揭示了地球上的生命起源
                
			
                
				2019-06-21 11:35:32
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                在早期地球的原始湯中，生命開始變小。元素結(jié)合形成簡單的碳基分子，這些分子是未來一切的先驅(qū)。但是有關(guān)下一步的爭論。
                

                新研究通過分子功能揭示了地球上的生命起源
                

                一個流行的假設(shè)認為，核糖核酸(RNA)分子含有蛋白質(zhì)的遺傳藍圖，可以進行簡單的化學反應(yīng)，從而啟動生命。然而，一些科學家駁斥了這一觀點，他說，RNA是一個太大而復(fù)雜的分子，無法啟動它。該組織表示，在構(gòu)建RNA等大分子之前，更簡單的分子必須發(fā)展出代謝功能。這個想法恰當?shù)孛麨?ldquo;新陳代謝第一”，伊利諾伊大學的新證據(jù)支持它。
                

                “所有生物都有一種新陳代謝，一組維持生命的化學轉(zhuǎn)化，提供細胞功能所需的能量和物質(zhì)。這些代謝轉(zhuǎn)化被認為是在生命的早期，在原始地球中發(fā)生的。有機體可能被取代化學反應(yīng)已經(jīng)在地球上發(fā)生，并通過酶活性的發(fā)展將它們內(nèi)化為細胞，“生物信息學家Gustavo Caetano-Anollés和我的作物科學系教授說。
                

                Caetano-Anollés和IbrahimKoç是該部門的訪問學者，他通過研究代表生命領(lǐng)域的生物體中分子功能的演變，找到了“代謝優(yōu)先”假設(shè)的證據(jù)。對于249種生物，它們的基因組 - 或完整的基因組 - 可在可搜索的數(shù)據(jù)庫中獲得。這種特殊資源(稱為基因本體論(GO)數(shù)據(jù)庫)的獨特之處在于，對于每種基因產(chǎn)品- 蛋白質(zhì)或RNA分子 - 一組描述其功能的術(shù)語都與之相關(guān)。
                

                “您可以采用代表生物體的整個基因組，如人類基因組，并通過其基因的功能集合對其進行可視化。對這些'功能組'的研究告訴我們基因的作用，而不是關(guān)注它們的名稱和位置例如，我們可以找出基因產(chǎn)品具有哪種催化，識別或結(jié)合活性，這更加直觀，“Caetano-Anollés指出。“了解有機體的最佳方式是通過其功能。”
                

                根據(jù)Caetano-Anollés的說法，函數(shù)出現(xiàn)在基因組中的次數(shù)提供了歷史信息。因此，該團隊采用GO術(shù)語描述每個生物體中的所有分子功能并計算它們。這個想法是，一種古老的功能，如新陳代謝的催化活性，很可能被所有生物共享，并且會被大量發(fā)現(xiàn)。另一方面，最近的功能發(fā)現(xiàn)在較低的數(shù)量和較小的生物子集中。
                

                該團隊利用這些信息和先進的計算方法構(gòu)建了一棵樹，該樹追溯了分子功能隨時間推移的最可能的進化路徑。在樹的根部，靠近它的根，是最古老的功能。最近的一次接近皇冠。
                

                在樹的根部，對應(yīng)于地球上的生命起源，是與新陳代謝和結(jié)合有關(guān)的功能。“合乎邏輯的是，這兩種功能很早就開始了，因為分子首先需要通過新陳代謝產(chǎn)生能量，并且必須通過結(jié)合與其他分子相互作用，”Caetano-Anollés解釋道。
                

                接下來的主要進展是使大分子上升成為可能的功能，這可能是RNA進入圖片的時候。接下來是將分子整合到細胞中的機制，隨后是功能的興起，允許細胞與其環(huán)境之間的通信。“最后，當你走向樹冠時，你會開始看到與肌肉，皮膚或神經(jīng)系統(tǒng)等高度復(fù)雜過程相關(guān)的功能，”Caetano-Anolles說。
                

                這項研究不僅僅闡明了過去。隨著時間的推移了解這些分子功能的進展可以幫助預(yù)測地球生命的發(fā)展方向。“人們認為進化是倒退，”Caetano-Anollés說。“但我們可以利用我們的年表和方法來詢問將來會產(chǎn)生什么新的分子功能。”
                

                這項工作應(yīng)用于生物工程，這是一個利用生物信息和計算產(chǎn)生新分子的新興領(lǐng)域。Caetano-Anollés表示，工程化分子可以對抗疾病并改善日常生活質(zhì)量。“重新設(shè)計具有新穎和有用的分子功能的生物分子的最佳方法是從他們過去留下的線索中學習原理，”他說。
                
			

			
                  
                
			
                
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