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科普园地 | 43亿年前,“RNA世界”可能已在地球存在

约43亿年前,地球上空的“轰炸秀”开始散场。炙热的岩石碎片、熔融物质和尘埃不再频繁光顾地表,浅层地壳悄悄冷却,一处适合RNA分子长期存在的温床逐渐成形。这是科学家最新建模研究描绘的图景:所谓“RNA世界”的环境窗口,可能在约43.3亿年前趋于稳定。

美国黄石公园浅层热液泉,其靠近地表或位于陆地上的水下温泉对生命起源至关重要,它们就像一个天然的化学实验室,可帮助科学家了解曾经的“RNA世界”。图片来源:《自然·通讯》

RNA世界是什么?在DNA与蛋白质成为生命标准配置之前,RNA可能既当备份又当引擎。它既能储存遗传信息,也能像酶一样催化化学反应。今天的生物体内仍留存着这类痕迹:核糖体合成蛋白质的活性位点由RNA构成,而不是蛋白质。因此在分子生物学家的想象中,早期生命曾有一段“RNA独挑大梁”的岁月。

但年轻的地球并不好客。小行星撞击带来的高温反复重置地表,刚聚合好的核苷酸链随时可能被拆散。此前人们知道,前生命化学需要一个持续、凉爽的环境,但具体从何时开始,无人给出确切答案。

美国行星科学研究所的科学家们决定用三维模型还原这段历史。他们模拟45亿至35亿年前不同大小、频率的小行星撞击如何加热上地壳,再对照RNA、肽、脂质和核苷酸的耐热极限,逐点评估哪些区域、哪些时期能让这些分子活下来。

结果分成两个阶段:大约44亿年前,全球性“灭杀事件”仍频繁发生,撞击后的高温再沉积几乎封闭了化学反应窗口;此后,撞击频率锐减,地表冷却加快,富含能量的热液系统成为常态。科学家们综合多种碰撞情景后认为,约43.3亿年前,RNA相关化学过程进入“天时地利”的最佳时段。

这个时间点耐人寻味:它比此前推断的末次普遍共同祖先出现时间还要早约1.3亿年。这意味着,一旦环境冷却到允许RNA自我复制,复杂生命体系的诞生或许远没有想象中漫长。

不过科学家也保持克制。模型只能还原当时地壳的热状态,无法直接确定生命首现于哪一秒。真正的生命化石或化学指纹,仍可能在更古老岩石中等待发现。但至少这次我们明了,地球早期历史为“RNA世界”安排了一个清晰的环境窗口——当地球不再狂暴,RNA就开始登上舞台。

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