生命是如何在地球上開始的？這是一個亙古不變的科學話題。可制作自身副本的分子被認為對理解這個過程至關重要，因為它們提供了生命系統的一個重要特征———遺傳基礎。最近，美國斯克里普斯研究所科學家的新發現，在回答生命如何開始的生化問題上邁出了重要一步，他們首次在無需任何蛋白質和其他細胞成分的情況下，合成出可自我復制的RNA，而且這種復制可無限進行下去。該項研究成果刊登在最近出版的《科學》雜志上。
在現代世界中，DNA攜帶著高級生命體的遺傳序列，而RNA依賴于DNA來履行其諸如合成蛋白質等任務。但是，一個關于生命起源的主要理論———RNA世界模型認為，因為RNA同時具有基因和酶的功能，RNA可能先于DNA和蛋白質出現，并扮演著生命的祖先分子這一重要角色。然而，復制一個遺傳分子的過程，被認為是生命的一個基本條件，由于涉及眾多的蛋白質和其他細胞成分，復制過程極其復雜。
多年來，研究人員一直想了解是否存在一些由RNA自己帶來的復制RNA的簡單方式。此前曾有研究人員沿著此一路線做過一些試探性工作，但并沒有人能證明RNA復制是可以自我增殖的，也就是使新的RNA副本也能復制自身。
體外進化RNA酶
斯克里普斯研究所的翠西·林肯和她的指導老師杰拉德·喬伊斯教授一直在研究RNA復制概念（RNA-onlyreplicationconcept）。他們一開始使用了一種在體外進化中為人熟知的強制適應方法，目標是采取一個已在實驗室中開發出的可完成基本化學復制的RNA酶，并將其加以改進到可驅動高效、永久的自我復制。林肯完成了這項極具挑戰性的工作，她在實驗室中合成了大量的RNA酶變種，之后采用了一種試管進化程序，從這些RNA酶變種中獲得最擅長將RNA片段結合在一起的變種。
最終，這一過程使研究小組分離出了原始RNA酶的一個進化版本，該版本是一個非常高效的復制者，這是包括喬伊斯在內的許多研究團隊苦苦奮斗多年想要獲得的東西。這個經改進的RNA酶所要完成的首要任務就是能進行永久的復制。林肯說，這個結果令她自己都感到震驚。
永存的分子遺傳信息
復制系統實際上涉及兩種酶，每種酶都由兩個亞基組成，每種酶都作為催化劑來裝配另外一種酶。復制過程是循環的，在此過程中第一種酶和組成第二種酶的兩個亞基結合，將其連接形成第二種酶的一個新副本；同時，第二種酶也對第一種酶做著同樣的工作。這樣，兩種酶相互裝配對方，用術語來說叫做交叉復制。只需要剛開始時少量的兩種酶及穩定供應的亞基，交叉復制即可無限進行下去。喬伊斯說，這是生物學之外分子信息可永存的唯一案例。
研究人員并沒有就此停住腳步，他們建立了具有類似功能的各種不同的酶對（enzymepairs）。他們將12種不同的交叉復制對，連同其所有的組成亞基進行混合，讓它們在一次優勝劣汰的分子實驗中相互競爭。大多數情況下，這些復制酶會正確增殖，但有時復制酶也會犯錯誤，將一個亞基和其他復制酶的一個亞基結合起來。當這種“突變”發生時，由此產生的重組酶還能持續復制，但最適合的復制酶數量會越來越多，始終占據著混合物的統治地位。
研究表明，該系統能維持分子的遺傳信息，并以一種類似于達爾文進化的方式引起自身的變化。所以，林肯說：“我們現有的研究對象是無生命的，但我們已能表明其擁有類似于生命的特性，這是非常有趣的。”
叩擊生命之門
生命的歷史起源已永遠不能被精確地重建了，因此如果沒有一臺可靠的時光機器的話，人們必然就會提出另一個相關的問題：生命是否也許曾在實驗室中被創立。當然，這也許能揭示生命開始時可能的模樣，至少在輪廓上。林肯這樣評論她們的工作，“我們并不是要試圖倒回磁帶，但是相關研究也許能告訴你怎樣去開始理解在實驗室中出現生命這一新過程”。
喬伊斯說，只有當一個實驗室中開發的系統具有在自身基礎上發展出新功能的能力時，它才能被稱為所謂的生命。“我們正在叩擊這扇生命之門，但我們還沒有達到這一點”。
研究小組創建的酶中的亞基，每個都包含許多的核苷酸，因此這些亞基是相當復雜的。盡管基礎架構看起來是很簡單的，但這項工作最終表明，一個以RNA為基礎的更為簡單的生命形式至少是有可能的，這必將推動研究人員更加深入地探索有關生命起源的RNA世界模型理論。
