大約37億年前，最早出現在地球上的蛋白質是什麼樣子的?近日，以色列魏茨曼科學研究所和耶路撒冷希伯來大學的科學家在《美國國家科學院院刊》發表論文稱，他們重建了與現代蛋白質的祖先非常相似的蛋白質序列，並且這些原始蛋白質可能已經能夠形成活細胞。
蛋白質是活細胞的重要組成成分，科學家們一直認為最早的蛋白質出現在細胞和生命之前。現代蛋白質由20種不同的胺基酸組成，這些胺基酸會以聚合物的形式排列成長鏈狀分子，每個胺基酸的位置對蛋白質的功能都至關重要。然而，製造蛋白質所需的胺基酸本身是由酶（也是一種蛋白質）產生的，那麼最早的蛋白質是如何產生的？到底是先有「雞」還是先有「蛋」？
科學家們認為，最早的蛋白質是由被稱為「多肽」的蛋白質短片段形成的。這些多肽可能是原始「化學湯」中自發形成的胺基酸的黏性集合。隨著時間推移，多肽也會彼此結合，產生具有某種作用的蛋白質。
早在1952年，Miller和Urey就證明了胺基酸的自發形成。這表明胺基酸是先於酶形成的，也就是先於「雞」出現的「蛋」。
魏茨曼科學研究所生物分子科學系的Dan Tawfik教授說：「這一切看起來都很正確，但是有一種至關重要的胺基酸在Miller-Urey實驗中以及隨後的實驗中都缺失了——帶正電荷的精氨酸和賴氨酸。」
這些胺基酸對現代蛋白質特別重要，因為它們能夠與攜帶凈負電荷的DNA和RNA相互作用。RNA是既能攜帶遺傳信息又能自我複製的原始分子，因此從理論上講，與帶正電荷的胺基酸接觸對於活細胞的進一步發展來說是必要的。
但是Miller-Urey實驗中也存在一種帶正電荷的胺基酸——鳥氨酸，它是精氨酸形成過程中的中間產物。那麼，鳥氨酸是原始蛋白質中缺失的胺基酸嗎？
為了回答這個問題，科學家們設計了一個原始的實驗。
首先，他們從一個能夠與DNA和RNA結合的簡單蛋白質開始，運用系統方法推斷了原始蛋白質的序列。結果發現，這種蛋白質富含正電荷：64個胺基酸中有14個是精氨酸或賴氨酸。
接下來，他們用鳥氨酸取代了這些胺基酸作為正電荷載體，創造了一種新的合成蛋白質。結果發現，以鳥氨酸為基礎的蛋白質雖然能夠與DNA結合，但強度不高。同時，研究人員還發現簡單的化學反應就能將鳥氨酸轉化為精氨酸。這些化學反應發生的條件在第一批蛋白質出現時的條件類似。隨著越來越多的鳥氨酸轉化為精氨酸，蛋白質變得越來越像現代蛋白質，並以更強和更具選擇性的方式與DNA結合。
科學家們還發現，在有RNA的情況下，原始短肽會出現相分離現象，導致自我組裝和「區塊化」。Tawfik說，這表明這些蛋白質和RNA可以形成原始細胞，真正的活細胞可能就是從原始細胞進化而來的。
