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佐治亚理工学院 Loren Williams 和他的合作者

  (化石网/库森 编译)在元素周期表中,铁元素和镁元素相距甚远,但科学家最新研究表明,30亿年前的地球,铁可以很好的代替镁在RNA中所起的作用。


  在生命演化早期阶段, DNA和编码蛋白出现之前,RNA在生物演化过程中扮演了非常重要的角色,而且在30亿年前,地球无论是大气还是海洋都十分缺乏氧气,但却含有非常丰富的可溶性铁。


  佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员通过实验和数值的计算表明:在缺氧的情况下,铁可以代替镁,在RNA折叠和催化结合中起到类似的作用,并且RNA的形态和折叠结构并不会因为镁被铁取代而发生明显改变,而且它的功能活性也相应增加了。相关的研究结果发表在《公共科学图书馆》《PLoS ONE》上。


  在30亿年前的地球大气中,自由氧气几乎是不存在的,当氧气作为光合作用的产物进入大气后,很容易会导致当时地球上的铁生锈,形成大规模的条带状铁矿,这种铁矿是今天我们人类开采最多的一类铁矿资源。


  随后氧气逐渐增加,地球环境也发生显著转变,生物进化过程因此也受到重大影响,包括生物化学机制和新陈代谢途径等,新研究表明这种生物机制的转变很可能最终导致了在RNA演化中铁元素逐渐被镁元素所取代。


  而且,量子力学的计算也表明,RNA中铁和镁的互换并不会影响RNA的整体结构,它们的细微差别体现在:从磷酸到铁之间的电荷转移要比磷酸到镁之间转移的更多,而且镁和铁的存在也会对不同生物酶活性产生显著的影响作用。


  研究人员Loren Williams最后补充道:“在催化作用上,铁是镁优秀的替代者,而且RNA的进化与铁的存在密切相关,它们之间的‘配合’十分完美。”(化石网/库森 编译)