一个备受争议的关于生命进化解释的理论

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一个备受争议的关于生命进化解释的理论

【字体：大中小】 时间：2006年04月12日 来源：教育部科技发展中心

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　　美国俄勒冈州大学（OSU）的化学家们曾经提出过一个备受争议的理论，该理论指出传统上认为极为稳定的DNA结构在一定条件下可以进入一个十分容易被紫外线破坏的“黑暗状态”，这一理论对大部分现代生物化学观点提出了严峻的挑战。该理论在不久前由于被很多科研机构严重质疑而几乎陷于崩溃，但在最近几个月开始引起越来越多人的兴趣，并且逐步被部分科学家所证实。

　　尽管这一理论刚提出时被认为是科学界的异端学说，但它却可以帮助解释为什么水是地球上生命进化的关键因素，水怎样使生命在曾经一度是异常恶劣严酷的化学性损伤及辐射损伤的困境中得以幸存。

　　自从OSU的研究者们把一项可以证明“黑暗状态”存在的研究结果发表在《化学物理》上之后，越来越多的研究开始注意到这一领域，尽管其它期刊由于过于偏激一再地拒绝这一发现。

　　OSU  的化学教授Wei  Kong说：“我们研究的发现与大多数人关于DNA工作理论的预想不相符，所以他们一直认为是我们错了。那些批评者们看起来是那么自信，而我们也为此度过了许多的不眠之夜。”

　　“在其它许多的事件中，我们的研究结果可以帮助解释为什么水，或是其它可以发挥同样作用的物质，可以在引导生命进化的过程中发挥作用。由于看到了这些资料，从去年夏天开始，这一研究结果成为了许多会议讨论的关键点，并引起了学术界极大的兴奋。”  Kong说。

　　Kong说,这一争论的核心问题与组成DNA的核酸碱基的生物学行为有关。腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（T）和胞嘧啶（C）遵循A-T，G-C的碱基互补配对原则构成DNA从而最终构成所有生物的生命蓝图。生物化学最基本的一个前提是：组成核酸的碱基是非常稳定的，它们可以防止剧烈的突变从而保证基因结构的有序性。

　　然而，在OSU进行的研究中，通过高精度的电子光谱分析，发现所谓的DNA中核酸碱基的稳定之说近乎荒谬之谈。“在生物活性状态，这些碱基的周围通过氢键连接着许多其它的碱基，这些组成DNA的碱基的确是处于稳定的状态，”  Kong说，“但是，我们发现这一稳定状态是通过整个生命体所创造的微环境而保证的，通过与配对碱基和/或周围碱基的联系，使得有破坏性的物理能量以热量的形式散发掉了。组成DNA的碱基本身如果处于孤立状态，是无法保持稳定性的。”

　　在一个引人注目的试验中，OSU的科学家们观察了经过紫外线激光照射的核酸碱基，发现它们对紫外线的照射作出了异常快的反应，它们会自发地进入一种不稳定的，不断振荡的“黑暗状态”，这个状态会持续20-300奈秒，在这种状态下，碱基非常易于发生突变且很难从物理破坏中完全恢复。

　　尽管黑暗状态的持续时间并不长（1奈秒＝10-9秒），但已足够让DNA发生突变了，Kong说。黑暗状态的存在引起了关于生命起源的一些疑问，遗传载体在这一状态下非常易于发生突变并受到破坏，尽管这一状态的持续时间很短。

　　“当DNA的碱基于几十亿年前最初形成的时候，当时的大气层是非常有害的”，Kong说，“那个时期地球的臭氧保护层尚未出现，紫外线辐射非常强烈。因此，原始的DNA结构很容易进入易受损伤的黑暗状态，那么它们应该会受到大量的光化学破坏而难以存活，更别提之后的生命进化了。”

　　根据OSU的研究，“黑暗状态在水存在的情况下会消失。因此在有水存在的情况下，最初形成的DNA碱基被保留了下来并成为了后来出现的更为复杂的生命形式的基础。

　　“在现代生物的生命活动中，水在DNA保持稳定的状态过程中并不是必须的，”Kong说，“在生命体中存在着其它的一些机制来完成这一任务，而且复杂的生命活动可能并不总是需要水的参与。但是大多数原始的DNA碱基是不稳定的，而且非常容易受到紫外线辐射的损害。”

　　这一发现提示我们，Kong认为，借助于水的保护作用，原始的DNA碱基才得以保持稳定，避免突变，并最终使得生命能够进化。

　　OSU的研究者们最先提出了“黑暗状态”模型并证明了它的存在。“这些发现告诉我们生命是一个有机统一的过程，”Kong说，“生命不仅仅是一组DNA碱基，还包括它们置身其中的物理环境。之后，随着生命的进化，还有其它的一些方式参与了基因稳定的维持。但是在生命出现的最初，没有水，基因的稳定是不可能维持的。”

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