合成微生物使科学家能够在实验室里研究远古的进化之谜

斯克里普斯研究中心的科学家和他们的合作者已经创造出了微生物，这些微生物可能再现了数十亿年前被认为存在的生物体的关键特征，从而使他们能够探索生命是如何从无生命分子进化到单细胞生物体，再到我们今天看到的复杂的多细胞生命形式的问题。

通过研究这些工程organisms-a细菌的基因组包含两个核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA) - - -科学家们希望阐明遗传物质的早期演化,包括理论从世界上大多数生活完全依赖遗传分子RNA, DNA作为遗传信息的主要仓库。

利用第二种转基因生物，一种含有内共生细菌的转基因酵母，他们希望更好地了解称为线粒体的细胞发电厂的起源。线粒体为真核生物的细胞提供必要的能量，真核生物是包括人类在内的一大类拥有复杂的、含核细胞的生物。

研究人员在2018年10月29日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)和2018年8月30日的《美国化学学会期刊》(JACS)上发表了两篇论文，其中一篇发表于2018年10月29日。

“这些生物工程将使我们能够探测两个关键理论演化的主要里程碑的生活束缚——有机物转变从RNA世界世界,从原核生物到真核生物DNA线粒体,”彼得·舒尔茨说博士,资深作者论文和斯克里普斯研究的总统。“对易于操纵的实验室模型的访问使我们能够寻求有关早期进化的问题的答案，而这些问题以前是难以解决的。”

几千年来，地球上生命的起源一直是人类所着迷的。科学家们追溯了几十亿年前的生命轨迹，得出结论:最简单的生命形式起源于地球上最原始的化学物质，并在随后的漫长岁月中进化成越来越复杂的生物体。DNA的出现带来了一个巨大的飞跃。DNA是一种分子，储存复制生命所需的所有信息，并主要通过生成RNA来指挥细胞机制完成其使命。

20世纪60年代，卡尔·沃斯(Carl Woese)、莱斯利·奥格尔(Leslie Orgel)以及DNA先驱弗朗西斯·克里克(Francis Crick)提出，在DNA出现之前，生物体依靠RNA携带遗传信息，这种分子与DNA类似，但远不如DNA稳定，它还能催化蛋白质等化学反应。“在科学课上，学生们学习DNA导致RNA，而RNA又导致蛋白质——这是生物学的核心教条——但RNA世界假说却颠覆了这一理论，”斯克里普斯研究所博士后研究员、新论文第一作者Angad Mehta博士说。“要使RNA世界假说成立，你必须以某种方式将RNA转化为DNA基因组，然而，这是如何发生的，仍然是科学家们面临的一个非常大的问题。”

一种可能性是，这种转变是通过一种微生物缺失的环节进行的，这是一种以RNA形式存储遗传信息的复制生物体。在JACS的研究中，斯克里普斯领导的研究小组创造了大肠杆菌，这种细菌可以利用核糖核苷酸部分构建DNA，核糖核苷酸是一种通常用于构建RNA的分子构建块。这些工程基因组含有高达50%的RNA，因此同时代表了一种新型合成生物，可能是数十亿年前的产物。

Mehta警告说，他们目前的工作主要集中在描述这种嵌合的RNA-DNA基因组及其对细菌生长和复制的影响，但还没有明确探索从RNA世界到DNA世界的过渡问题。但是，他说，大肠杆菌有一半的基因组是由RNA组成的，这一事实是值得注意的，它似乎支持了进化过渡生物拥有RNA- dna混合基因组的可能性。斯克里普斯的研究小组目前正在研究他们的工程大肠杆菌的混合基因组如何发挥作用，并计划利用这种细菌来探索一些进化问题。

例如，一个问题是RNA的存在是否会导致快速的遗传漂变——随着时间的推移，群体中的基因序列会发生巨大的变化。科学家们的理论认为，在早期进化过程中，大规模的基因漂变发生得很快，而RNA基因组的存在可以帮助解释基因变化发生得如此之快的原因。

斯克里普斯研究中心的科学家和他们的合作者已经创造出了微生物，这些微生物可能再现了数十亿年前被认为存在的生物体的关键特征，从而使他们能够探索生命是如何从无生命分子进化到单细胞生物体，再到我们今天看到的复杂的多细胞生命形式的问题。

通过研究这些工程organisms-a细菌的基因组包含两个核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA) - - -科学家们希望阐明遗传物质的早期演化,包括理论从世界上大多数生活完全依赖遗传分子RNA, DNA作为遗传信息的主要仓库。

利用第二种转基因生物，一种含有内共生细菌的转基因酵母，他们希望更好地了解称为线粒体的细胞发电厂的起源。线粒体为真核生物的细胞提供必要的能量，真核生物是包括人类在内的一大类拥有复杂的、含核细胞的生物。

研究人员在2018年10月29日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)和2018年8月30日的《美国化学学会期刊》(JACS)上发表了两篇论文，其中一篇发表于2018年10月29日。

“这些生物工程将使我们能够探测两个关键理论演化的主要里程碑的生活束缚——有机物转变从RNA世界世界,从原核生物到真核生物DNA线粒体,”彼得·舒尔茨说博士,资深作者论文和斯克里普斯研究的总统。“对易于操纵的实验室模型的访问使我们能够寻求有关早期进化的问题的答案，而这些问题以前是难以解决的。”

几千年来，地球上生命的起源一直是人类所着迷的。科学家们追溯了几十亿年前的生命轨迹，得出结论:最简单的生命形式起源于地球上最原始的化学物质，并在随后的漫长岁月中进化成越来越复杂的生物体。DNA的出现带来了一个巨大的飞跃。DNA是一种分子，储存复制生命所需的所有信息，并主要通过生成RNA来指挥细胞机制完成其使命。

20世纪60年代，卡尔·沃斯(Carl Woese)、莱斯利·奥格尔(Leslie Orgel)以及DNA先驱弗朗西斯·克里克(Francis Crick)提出，在DNA出现之前，生物体依靠RNA携带遗传信息，这种分子与DNA类似，但远不如DNA稳定，它还能催化蛋白质等化学反应。“在科学课上，学生们学习DNA导致RNA，而RNA又导致蛋白质——这是生物学的核心教条——但RNA世界假说却颠覆了这一理论，”斯克里普斯研究所博士后研究员、新论文第一作者Angad Mehta博士说。“要使RNA世界假说成立，你必须以某种方式将RNA转化为DNA基因组，然而，这是如何发生的，仍然是科学家们面临的一个非常大的问题。”

一种可能性是，这种转变是通过一种微生物缺失的环节进行的，这是一种以RNA形式存储遗传信息的复制生物体。在JACS的研究中，斯克里普斯领导的研究小组创造了大肠杆菌，这种细菌可以利用核糖核苷酸部分构建DNA，核糖核苷酸是一种通常用于构建RNA的分子构建块。这些工程基因组含有高达50%的RNA，因此同时代表了一种新型合成生物，可能是数十亿年前的产物。

Mehta警告说，他们目前的工作主要集中在描述这种嵌合的RNA-DNA基因组及其对细菌生长和复制的影响，但还没有明确探索从RNA世界到DNA世界的过渡问题。但是，他说，大肠杆菌有一半的基因组是由RNA组成的，这一事实是值得注意的，它似乎支持了进化过渡生物拥有RNA- dna混合基因组的可能性。斯克里普斯的研究小组目前正在研究他们的工程大肠杆菌的混合基因组如何发挥作用，并计划利用这种细菌来探索一些进化问题。

例如，一个问题是RNA的存在是否会导致快速的遗传漂变——随着时间的推移，群体中的基因序列会发生巨大的变化。科学家们的理论认为，在早期进化过程中，大规模的基因漂变发生得很快，而RNA基因组的存在可以帮助解释基因变化发生得如此之快的原因。