生活藝術家觀念的由來
實驗揭示了 RNA 的分子進化。
東京大學的研究人員首次能夠根據達爾文進化論創造出一種復制、多樣化和發展復雜性的RNA分子。這提供了第一個經驗證據，證明簡單的生物分子可以導致復雜的逼真系統的出現。
生活有很多大問題，尤其是我們從哪里來？也許你已經看過從猿到人（到疲憊的上班族）的圖片的 T 恤。但是從簡單的分子到復雜的細胞再到猿呢？幾十年來，一種假設是 RNA 分子（對細胞功能至關重要）存在于原始地球上，可能與蛋白質和其他生物分子一起存在。然后在大約 40 億年前，它們開始自我復制，并從一個簡單的單個分子發展成多樣化的復雜分子。這種逐步的變化可能最終導致了我們所知的生命的出現——一系列美麗的動物、植物以及介于兩者之間的一切。
盡管對這一理論進行了很多討論，但很難在物理上創建這樣的 RNA 復制系統。然而，在《自然通訊》上發表的一項研究中，東京大學藝術與科學研究生院的項目助理教授 Ryo Mizuuchi 和 Norikazu Ichihashi 教授及其團隊解釋了他們如何在他們見證了從化學系統向生物復雜性的轉變。
RNA 分子在 37 攝氏度的油包水液滴中孵育 5 小時。然后使用含有無 RNA 營養物質的新液滴將溶液稀釋至濃度的五分之一，并劇烈攪拌。當這個過程重復多次時，就會發生突變。信用：?修改自 Mizuuchi 2022
團隊對所看到的感到非常興奮。“我們發現單一的 RNA 物種進化成一個復雜的復制系統：一個復制網絡，由五種類型的 RNA 組成，具有不同的相互作用，支持長期設想的進化過渡場景的合理性，”Mizuuchi 說。
與以往的實證研究相比，這個新的結果是新穎的，因為該團隊使用了一種獨特的可以經歷達爾文進化的RNA復制系統，即基于突變和自然選擇的不斷變化的自我延續過程，從而使不同的特征出現，和那些適應環境生存的人。
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“老實說，我們最初懷疑如此多樣化的 RNA 能否進化和共存，”Mizuuchi 評論道。“在進化生物學中，‘競爭排斥原則’指出，如果多個物種競爭相同的資源，它們就不能共存。這意味著分子必須建立一種方法，一個接一個地使用不同的資源，以實現持續的多樣化。它們只是分子，所以我們想知道無生命的化學物種是否有可能自發地發展出這種創新。”
那么接下來呢？根據 Mizuuchi 的說法，“與生物有機體相比，我們的分子復制系統的簡單性使我們能夠以前所未有的分辨率檢查進化現象。在我們的實驗中看到的復雜性的演變僅僅是個開始。隨著生命系統的出現，應該會發生更多的事件。”
當然，仍有許多問題需要回答，但這項研究為早期 RNA 復制器可能在原始地球上采取的可能進化路線提供了基于經驗的進一步洞察。正如 Mizuuchi 所說，“結果可能是解決人類數千年來一直在問的終極問題的線索——生命的起源是什么？”
參考：
“從單一 RNA 復制子到多復制子網絡的進化過渡”，Ryo Mizuuchi、Taro Furubayashi 和 Norikazu Ichihashi，2022 年 3 月 18 日，Nature Communications。
DOI: 10.1038/s41467-022-29113-x
本研究主要得到科學研究資助（任務編號：JP19K23763、JP21H05867、JP15KT0080、JP18H04820、JP20H04859）、JST PRESTO（任務編號：JPMJPR19KA）、天體生物學中心項目研究（任務編號AB021005）的支持。