乔治亚理工学院的研究人员通过读取细胞记录的宝贵信息，追溯了生命的演化史。
许多人认为生命起源的一些关键信息隐藏在核糖体中，因为核糖体是最古老也最普遍的生命复合体。现在我们看到的核糖体负责将遗传学信息（RNA）转化为执行各种生命功能的蛋白质。实际上，核糖体本身也是不断演化的。它的演化史可以展示简单分子如何携手实现生物学功能，它的结构记录着生命之初（大约三十八亿年前）发生的生物学事件。
核糖体按照mRNA编码将氨基酸合成为蛋白质，是细胞生产蛋白的重要分子机器。核糖体具有两个亚基，这些亚基由精确折叠的蛋白和RNA组成，小亚基用tRNA解码mRNA，大亚基将tRNA带来的氨基酸连成一串。2000年，科学家们发布了完整核糖体的精确原子结构，这一成就为他们赢得了2009年的诺贝尔化学奖。
研究人员在现代细胞中检测了核糖体RNA中的变异，为远古时期的重要事件建立了时间轴，向人们展现了生命起源初期的分子结构和生化反应。这项研究发表在十一月三十日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。
“我们正在想办法读取最古老的生物学记录，以便理解地球上的生命起源和生命进化，”乔治亚理工学院的Loren Williams教授说。
核糖体结构记录着自己的过去，就像大树的年轮一样。每过一年大树的年轮就增加一圈，中央的年轮代表着少年岁月，外层年轮记录着大树的近况，已经形成的年轮不会再发生变化。与此类似的是，现代核糖体具有一个共同的核心，可以追溯到三十八亿年前。包括人类在内的所有生物都共享这个核糖体核心。（延伸阅读：Nature重要成果：揭秘核糖体的自我组装）
“核糖体默默记录着自己的历史，”Williams说。“随着时间的推移，核糖体变得越来越大。它在增大的同时封存了原始的部分，这一点跟大树的年轮很相似，只要树还活着内部年轮就不会改变。核糖体核心比生命还要古老，由我们还不了解的过程生成。”
研究人员指出，核糖体的记录能力可以帮助人们了解生命在历史长河中发生的变化，揭示远古时期地球上的环境条件，甚至有助于在宇宙其他地方寻找生命迹象。
“这项工作让我们能够回到生命之初，去研究所有现代细胞的祖先，”NASA天体生物学研究所的Carl Pilcher说。“我们可以在此基础上理解地球生命发展的最初阶段，或者在地球以外寻找可能出现生命的外星环境。”
研究人员对核糖体附件进行了深入研究，解析了附件插入位点的“分子指纹”和核糖体发展的主要规则。他们通过结构比较方法（Structural Comparative Method），详细模拟了核糖体的发展史。
“我们收集了各个物种的核糖体（包括人类、酵母、细菌和古生菌），研究其可变的表面部分。研究显示，这些核糖体改变遵循着一些特定的规则，”Williams说。“我们将这些规则应用到核糖体的核心部分，追溯最初的RNA片段。”
虽然核糖体现在是蛋白质合成的工厂，但最早的生命形式并没有蛋白。研究人员认为，不含蛋白的核糖体区域在蛋白出现之前就已经存在。“当核糖体获得某种能力的时候，它的性质发生了改变，”Williams说。
虽然所有生物的核糖体核心都一样，但核心上附加的元件并不相同。举例来说，人类拥有世界上最大的核糖体，包含大约七千个核苷酸。最初的核糖体发生了显著的生长，“从短RNA片段发展到我们今天看到的复杂分子机器，”Williams说。“这是一个令人难以想象的过程。”
核糖体发展信息不仅有助于人们理解进化的步伐，还对人类健康有更为实际的意义。“核糖体是抗生素的主要靶标之一，理解它的结构和一致性有很大的好处，”Williams说。“此外，核糖体研究为我们提供了一个独特的生物学视角，可以揭示RNA与蛋白质之间的共生关系。”
Williams及其同事正在对自己建立的模型进行验证。“我们根据实验数据构建了一个核糖体发展模型，以便追溯生命之初的远古时代，”Williams解释道。“我们打算继续测试这一模型的预测能力。”
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