最初的生命是如何运作的？合成GTP的RNA酶开启“RNA世界”的大门

生命的起源的“燃料”是什么

生命不仅仅是物质的简单聚集。它是一个能够从外界获取能量、维持自身、传递信息并逐渐变化的系统。那么，在地球早期阶段，当时还没有细胞、蛋白质酶和复杂的代谢途径时，这样的生命系统到底是靠什么“燃料”来运作的呢？

对此问题的研究由加州大学圣地亚哥分校的研究团队报道。他们的研究重点是被认为由RNA主导的“RNA世界”假说。在现今的生命中，DNA保存遗传信息，蛋白质承担大部分化学反应，而RNA则起到桥梁作用。然而，在生命的早期阶段，RNA可能既是信息分子，又是促进化学反应的催化剂。

作为催化剂的RNA分子被称为“核酶”。在这项研究中，研究人员成功提高了合成GTP（鸟苷三磷酸）这一RNA延伸所需分子的核酶的性能。GTP在现代生物中也是重要的能量和信息相关分子，同时也是RNA的材料。如果原始的RNA系统能够自行提供GTP，那么这将是向自我复制迈进的一大优势。

为什么GTP很重要

如果把RNA比作一篇文章，GTP就是构成这篇文章的一个字母。RNA是由称为核苷酸的部件连接而成的。要将这些部件连接成长链，仅靠材料漂浮在水中是不够的。需要化学上的“推动力”来结合这些部件。

在现代生命中，像ATP和GTP这样的核苷三磷酸承担了这个角色。顾名思义，三磷酸含有多个磷酸基团，并利用这些结合所产生的能量来推动反应。合成RNA需要这些活化的部件。

问题在于，在生命诞生之前的地球上，如何制造出这样的高能分子。没有蛋白质酶，就无法使用现代细胞那样复杂的代谢。在细胞膜、基因和酶网络尚未完善的阶段，RNA是否能够拥有产生自身材料的机制。这项研究表明，“至少在实验室中，RNA催化剂可以朝这个方向进化”。

从100万亿个RNA候选中挑选出“高效分子”

研究团队以现有的GTP合成核酶为起点，加入大量变异，创建了一个规模约为100万亿种类的巨大分子库。这是一种准备大量具有微小序列差异的RNA分子，并从中挑选出最有效的分子的方法。

用于选择的是将水滴分散在油中的乳化技术。通过将RNA分子封闭在小水滴中，可以更容易地辨别每个分子产生了多少GTP，以及这些GTP对RNA合成的贡献。可以说，这是一种同时运行无数微小试管的实验。

重要的是，不仅仅测量了GTP的合成能力，还设计了让这些GTP与RNA聚合酶核酶的RNA延伸结合。也就是说，通过将GTP合成和RNA聚合“代谢性地结合”，以更接近生命功能的形式进行选择。

结果，研究团队发现了一种比传统方法大大提高GTP周转数的变异体。据报道，最有效的变异体拥有19个变异，将GTP周转数提高到约13。以前的核酶周转数仅为约1.7，因此这是一个很大的改进。面向大众的文章中介绍，最具生产力的核酶比前体多生产了约10倍的GTP。

“并非创造生命，而是再现了生命回路的一部分”

阅读这项研究时需要注意的是，实验室中并没有创造生命。这次展示的是，原始的RNA系统能够制造能量分子，并利用这些能量分子延伸RNA链的联动的一部分。这并不是生命诞生的完全再现。

然而，在生命起源研究中，这“一部分”非常重要。为了生命的开始，信息分子需要被复制。然而，复制需要材料和能量。即使有材料，如果连接反应无法进行，信息也不会增加。反过来，即使有能量，如果没有保存信息的机制，进化也无法开始。

这次的成果显示了RNA可能将“制造自身材料的反应”和“延伸类似自身的分子反应”连接起来。这在考虑代谢和遗传尚未分开的早期生命时具有重大意义。

在现代细胞中，代谢、遗传、膜、蛋白质合成等复杂地分工。然而在生命的开始，这种分工应该是不存在的。少数分子兼具多种角色，偶然成功连接的化学反应网络逐渐变得自我维持。实验室中重构这一初期阶段对于具体验证生命诞生的路径是不可或缺的。

作为“可能的能量源”的聚磷酸

研究的另一个关键是聚磷酸。聚磷酸是由磷酸链状连接而成的分子，被认为可能在原始地球上存在的能量源候选。在这项研究中，环状三聚磷酸作为聚磷酸化试剂参与了从鸟苷到GTP的合成反应。

在生命起源的研究中，“这种反应在实验室中是可能的，但在原始地球上真的有材料吗”这一点常常成为问题。使用强力的现代试剂或过于人工的环境，化学反应可能会进展顺利。然而，这并不能解释生命的起源。

因此，像这次这样将“可能的前生物能量源”与RNA聚合结合的尝试是有意义的。当然，原始地球上这些分子在何处、何种浓度、何种程度上稳定存在，还需要进一步研究。即便如此，RNA利用聚磷酸来源的能量来提供自身合成所需材料的想法使RNA世界假说更具体化了一步。

RNA世界假说进展如何

RNA世界假说虽然有吸引力，但仍有许多未解决的问题。由于RNA既能携带信息，又能成为催化剂，因此一直被视为早期生命的有力候选。然而，如何在前生物环境中制造RNA本身，如何稳定足够长的RNA，如何抑制复制错误，以及如何提供反应所需的能量等问题仍然存在。

这项研究深入探讨了“能量供应”和“RNA聚合的连接”问题。随着GTP合成核酶性能的提高，RNA更接近于承担自身材料供应的角色。

然而，仅靠GTP并不能完成RNA。RNA需要与G、A、C、U对应的多个核苷酸，GTP合成的改善只是整体的一部分。此外，RNA聚合物中最多能纳入几个鸟苷的成果虽然重要，但距离制造自我复制的长RNA基因组还有很长的路要走。因此，这项研究更准确地说是“生命诞生所需部件之一在实验中变得更强大”，而非“生命诞生的决定性证据”。

在SNS上主要在专业圈层中静静分享

目前，这项研究在SNS上的反应并不是爆炸性的传播，而是集中在高专业性的社区和科学新闻类账号的静默分享。

在Reddit的宇宙生物学社区中，加州大学圣地亚哥分校的文章被作为“研究”发布。然而，在可见范围内，评论区的显著讨论较少，主要是自动化管理员的指南。这表明，这个话题并不是没有价值，而是内容相当专业，一般用户难以立即参与讨论。

在LinkedIn上，San Diego Biotech Networks介绍了这项研究，并分享了初期生物系统能够制造GTP对自我复制有利的要点。这里的反应更多是作为生物技术和生命科学新闻的介绍，而非情感反应。

在X平台上，也可以确认Astrobiology相关账号和用户分享了这篇文章。反应的中心是对“是什么推动了地球最初的生命”这一问题本身的关注，并吸引了对生命起源、宇宙生物学、RNA世界等关键词感兴趣的群体。

总体而言，SNS上的氛围并不是“大众性地激动”，而是“作为生命起源研究的拼图之一很重要”的专业化接受。虽然这是一个容易被做成引人注目的标题的主题，但实际成果是非常精密且渐进的。因此，在传达研究内容时，与其过度煽动“创造了生命”，不如表达为“验证了RNA世界在多大程度上接近自我维持”更为诚实。

为什么这项研究与宇宙生物学有关

生命起源研究不仅仅是为了了解地球的过去。如果能够了解生命在何种条件下可能开始，那么在寻找火星、欧罗巴、土卫二或遥远系外行星上的生命时，视角也会改变。

生命所需的不仅仅是水、碳和有机分子。还需要推动反应的能量流。在什么环境下，哪些分子能够将信息复制与代谢结合起来。如果这些条件能够显现出来，那么在宇宙中寻找生命时“应该关注的化学反应”也会更加明确。

这项研究作为RNA世界的实验室模型，连接了能量源、催化剂和RNA合成的关系。这对于思考地球以外的地方生命化学开始的条件也有参考价值。例如，在拥有冰下海洋的天体或矿物表面产生能量梯度的环境中，哪些分子可能参与自我增殖的反应网络。这些问题的实验基础。

生命不是一次性诞生的

我们在使用“生命的诞生”这个词时，往往想象成无生命物质在某一瞬间变成了生命。然而，实际上，生命与非生命的界限可能是连续的。最初只是化学反应的东西，逐渐从环境中获取能量、收集材料、增加类似分子，并接受变异和选择。在这个过程中，我们称之为生命的特性可能出现了。

这项核酶研究切出了这一连续过程的一个场景。制造GTP。延伸RNA。选择更有效的分子。这些都是可以称为进化前阶段的现象。还不是细胞。还不是生物。然而，已经有了生命的萌芽。

在原始地球的浅水潭、火山活动、矿物表面、干湿交替、紫外线、雷电、热水环境中，应该尝试了无数的化学反应。在这些反应中，偶然将信息与能量结合的反应稳定下来，被选择，并复杂化。如果是这样的话，这项研究就是试图在实验室中再现这种“连接”。

不显眼但深刻的进展

这项成果对于普通大众来说可能不太容易传达。它不像新的恐龙化石或火星生命痕迹候选那样具有直观的冲击力。然而，对于思考生命的起源却是非常根本的。

生命的开始不仅需要信息分子的复制，还需要支撑这种复制的能量机制。这项研究展示了RNA催化剂提供GTP，并将其用于RNA聚合的过程。而且，还展示了通过变异和选择可以提高性能。这再次表明，RNA世界不仅仅是一个假说，而是可以通过实验逐步验证的对象。

当然，生命诞生的全貌仍然遥远。GTP以外的核苷酸、RNA序列的稳定性、与膜结构的关系、环境条件的现实性、以及自我复制系统的完成等，仍有许多问题需要解决。即便如此，这项研究增强了初期生命的“引擎”部分。

生命的开始可能不是神秘的一次性奇迹，而是化学反应的积累。小RNA分子接收能量，逐渐延伸出类似自身的分子。这样的微小进展成为数十亿年进化的起点。考虑到这一点，这次核酶的改进虽然静默，但意义深远。

在我们的细胞中，GTP和ATP等分子至今仍在不断工作。现代生命所依赖的一些分子，或许承载着从生命前化学世界延续下来的古老记忆。这项研究是试图在实验室中追溯这种记忆，并为“生命从何而来”这一问题提供了又一个具体的线索。

来源URL

参见Phys.org上的文章。研究概述、GTP合成核酶、约100万亿种变异核酶、GTP生产效率提高约10倍等面向大众的说明。
https://phys.org/news/2026-06-powered-earth-earliest-life.html

参见UC San Diego Today的文章。研究团队、发表日期、作者、NASA ICAR的资助、Ulrich Müller的评论等。
https://today.ucsd.edu/story/what-powered-the-earths-earliest-life

PNAS论文“A GTP synthase ribozyme with increased GTP turnover”。论文名、DOI、研究内容的原始信息。
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2520997123

参见PubMed上的信息。论文的卷号、作者、摘要、GTR1的周转、19变异的高效变异体、RNA聚合物中鸟苷的摄取等。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42263123/

Reddit r/Astrobiology帖子。作为SNS和社区反应，研究文章被作为“研究”共享，确认