美国科学家发现“黑暗状态”下的DNA极不稳定

wangshuisx

据天文生物学网站2006年4月11日报道：美国俄勒冈州立大学化学家近日在一项颇有争议的理论上取得了新的进展。他们发现，推测具有相对稳定性的DNA碱基置入一种“黑暗状态”中，它们极容易受紫外线破坏，而水对于保持早期DNA碱基稳定性、抵抗变异以及最终的生命进化是极其重要。这一理论在某一程度上动摇了现代生物化学领域的一些基本观念。

      事实上，这一理论在不久前仍被科学界认为是“不可能的情况”。但最近几个月来却越来越引起科学家们的兴趣，一些研究已经开始证实了这一理论的正确性。虽然这一理论最开始被认为是一种“科学异端学说”，但事实上，这些发现可以帮助人们解释：为什么水的存在是地球生物发展与进化的关键，并使得生命从一种充满了化学物质和辐射的混沌中最终出现。

      俄勒冈州立大学研究人员证实“黑暗状态”存在的研究理论成果发表于《物理化学》杂志，但其他的一些非激进的期刊杂志仍然将该理论拒之于门外。尽管如此，该理论发表以后，针对于该领域的研究还是变得越来越多了。俄勒冈州立大学化学家康－维教授这样说到：“我们的研究发现无法适应许多人对于DNA分子是如何工作的一些预想观念。因此，他们认为我们错了。这些评论似乎对自己的观点非常肯定，我们也因此度过了无数个不眠之夜。”然而他又说：“但从去年夏天以来，这个话题又成了一些学术研讨会的重点议题，而且在仔细看了我们的研究数据后，大部分人倍感兴奋。事实上，这一理论能够很好的帮助人们解释水或类似物质在人类产生以及进化过程中所发挥的关键性作用。”

      此外，康教授还称，人们争论的焦点就是核酸碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤以及胞嘧啶的运动问题。它们所构成的A-T和G-C碱基配对原则绘制出了所有的生命蓝图。生物化学的一个基础前提就是“这类低聚核苷酸在生理条件下非常稳定”，因为它们必须防止机体的猛烈突变，从而维持稳定的基因有机结构。但俄勒冈州立大学通过高度复杂的电子能谱术研究出的成果却显示：DNA内核酸碱基这种所谓的稳定性完全只是一个神话。他们称：“组成DNA的核酸具有稳定性，这是肯定的。但我们的发现是，生物体是在总体上通过碱基对内部以及相互之间存在着的一种附属物质而为其提供一个稳定环境的。这种附属物质可以使具有破坏性的光子能转化为热。但DNA碱基是单独的一个封闭孤立的分子，它本身并不具备这种稳定性。”

      在一项引人注目的实验当中，俄勒冈州立大学科学家们通过利用紫外线波长的激光照射探明了核酸碱基的真正命运。他们发现，分子在紫外线的强烈照射下产生了剧烈的反应，会有20至300个十亿分之一秒处于一种极不稳定、振荡的“黑暗状态”中。在这种状态下，它们很容易就发生变异，而且很难完全从这种光子损害中恢复过来。康教授认为，这种“黑暗状态”实际上并不能持续很久，但这段时间已足够让DNA发生变异了。因此，这种“黑暗状态”的存在就引发了这样一个问题，即既然基因载体在这段极其短暂的时间里如此易变且很容易就受到破坏，那么生命究竟是怎么产生的呢？

      “DNA碱基在几十亿年前首先形成时，其所处的环境应该是非常具有破坏性的。当时地球上还没有任何保护性的臭氧层，紫外线辐射非常强。因此，如果原始的DNA被迫处于这种极具破坏性的黑暗状态下，就会招致大量的光化学破坏，这使得这些碱基很难继续生存下去，就更不用说进一步的生命进化了。”但他们发现了例外的情况。根据俄勒冈州立大学的研究结果，“黑暗状态”从本质上来说会因为水的存在而消失。因此，在有水的环境下，早期的DNA碱基还是可以存活下来，并最终形成复杂生命形式所必需的物质基础。

      康教授说：“在现代生物学类型中，水的存在本质上并不为DNA提供稳定性。现代的生物学中存在着另外一种机制来完成这项任务，复杂的生物进程并不一定需要水。但我们现在知道，在生物的最基础形式中，DNA碱基并不具稳定性，很容易受到紫外线所引起的破坏。”这些发现告诉我们，水对于早期DNA碱基保持稳定性、抵抗变异以及最终的生命进化是极其重要和本质的。

      奥勒冈州立大学研究人员是首批提出“黑暗状态”模式并论证其存在的科学家。康教授说：“所有这些真正告诉我们的是，生命是一个统一的进程，它包含的不仅仅是一组DNA碱基，也包括其存在所处的物理环境。此后，随着生命的进一步进化，又出现了另外一些保持基因稳定的方式。但在最初的情况下，如果没有水的存在，一切都是不可能的。”