探索外星生命一直都是人类探索宇宙的使命之一,因经过光谱分析后,地球上的元素与外太空的元素是一样的,因而科学家们相信外星生命DNA与地球生命也是一样的,几十年来,一直以地球生命存在的方式来寻外星生命,但始终未尝有所得。正常DNA的化学结构组成
也许这是因为我们对外星生命的理解可能太过“狭隘”。DNA的4碱基模式(ATCG)现已成为了颠扑不破的真理,但DNA只有4种碱基才能存在吗?
近期,一项由美国国家航空航天局(NASA)资助的项目,首次合成了具有稳定双螺旋结构、可储存和转录遗传信息的8碱基系统DNA序列(Hachimoji DNA),探索了可能承载“外星人”遗传信息的遗传字母系统。
当然,这种全新的DNA并非自然界产生的,而是由科学家Steven Benner带领研究组合成出来的。Hachimoji DNA系统中不仅含有天然的A-T、C-G配对,还包含人造的Z-P、S-B碱基对,且它们间均以氢键进行互补配对。
Hachimoji DNA和RNA的8种核苷酸两两通过氢键互补配对。氢键供体原子用蓝色标记,受体原子用红色标记,每组中左边两对为天然碱基核苷酸,右边两对为人工合成碱基核苷酸
突破自然法则极限,扩展遗传字母表
其实,早在上个世级70年代,就已经有一些学者对上帝的自然法则发出挑战,期望能对遗传字母表进行扩展,只不过一直没有成功。
直到1989年,Benner团队才首次合成出包含人工改造后的非天然碱基的DNA分子,同时这些新的DNA分子还能自我复制、转录和翻译。
但这些DNA分子仅在试管中才有活性,一到活细胞内就失活了,ATCG的束缚依然存在。
随后,扩展遗传字母表的方式大致可分为两种:1)碱基间通过疏水相互作用配对。美国Floyd E. Romesberg教授团队则创造出了两种疏水性人工碱基XY,并通过改造tRNA,成功创造了包含ATGCXY 6种碱基的全新生命体,将遗传字母表扩展到六个字母。尽管只多了两个碱基,但细胞可以合成的氨基酸数目已经可从20种变成172种。
2)非自然碱基对间仍通过氢键相互作用,Benner就是这一领域的先驱者。2006年,Benner组设计出以氢键相连的非自然碱基核苷酸对Z和P,并在2015年发表文章表明ZP碱基对可无缝整合到DNA的双螺旋结构中,维持DNA的天然构象。