生物学将信息编码为DNA和RNA，这些信息是根据其功能微调的复杂分子。但是，它们是存储遗传分子信息的唯一方法吗?一些科学家认为，我们知道的生命不可能在核酸存在之前就已经存在，因此了解它们如何在原始地球上存在是基础研究的基本目标。核酸在生物信息流中的核心作用也使其成为药物研究的关键目标，而模仿核酸的合成分子构成了许多治疗包括HIV在内的病毒性疾病的基础。其他类似核酸的聚合物是已知的，但是关于遗传信息存储的可能替代方案仍然是很多未知的。使用复杂的计算方法，东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)，德国航空航天中心(DLR)和埃默里大学的科学家们探索了核酸类似物的“化学邻居”。令人惊讶的是，他们发现了超过一百万种变体，表明与药理学，生物化学和了解生命起源有关的巨大的化学领域尚未探索。这项研究揭示的分子可以进一步修饰，以提供数亿潜在的药物线索。生化和努力了解生命的起源。这项研究揭示的分子可以进一步修饰，以提供数亿潜在的药物线索。生化和努力了解生命的起源。这项研究揭示的分子可以进一步修饰，以提供数亿潜在的药物线索。
核酸首先在19确定的次世纪，但它们的组成，生物作用和功能没有被科学家们直到20了解日世纪。沃森(Watson)和克里克(Crick)在1953年发现了DNA的双螺旋结构，这为生物学和进化如何发挥作用提供了简单的解释。地球上的所有生物都将信息存储在DNA中，该信息由两条聚合物链组成，就像一条杖一样，彼此缠绕在一起，而每一条链都是彼此的互补。将股线拉开时，在任一模板上复制补体将产生原始模板的两个副本。DNA聚合物本身由一系列“字母”组成，碱基包括腺嘌呤(A)，鸟嘌呤(G)，胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，并且生物体已经进化出多种方法来确保在DNA复制过程中几乎总是复制适当的字母顺序。碱基序列被蛋白质复制到RNA中，然后被读入蛋白质序列。
在DNA复制过程中，偶尔会发生一些小错误，而某些其他错误有时是由环境诱变剂引起的。这些小错误是自然选择的饲料：其中一些错误会导致产生更适合的有机体的序列，尽管大多数影响不大，甚至有很多致命。新序列使宿主更好地生存的能力是“棘轮”功能，它使生物学几乎可以神奇地适应环境所带来的不断变化的挑战。这就是万花筒从周围的细菌到老虎等生物形态的万花筒的根本原因，核酸中存储的信息允许生物学中的“记忆”。但是，DNA和RNA是存储此信息的唯一方法吗?还是只是最好的方法，
“生物学中有两种核酸，也许有20或30种有效的核酸结合核酸类似物。我们想知道是否还有一个，甚至还有一百万个。答案是，似乎比预期的要多得多。” ELSI的吉姆·克莱夫斯教授说。
尽管生物学家不认为它们是生物，但是病毒也使用核酸来存储其遗传信息，尽管某些病毒使用DNA，RNA的细微变体作为分子存储系统。RNA在单原子取代的情况下与DNA不同，但是总体RNA的作用与DNA相似。值得注意的是，在地球上令人难以置信的各种生物中，这两个分子实质上是生物学上唯一使用的分子。
生物学家和化学家一直想知道为什么会这样。这些是唯一可以执行此功能的分子吗?如果不是，它们也许是最好的，也就是说，其他分子可以发挥这种作用，也许生物学在进化过程中将它们试用了?
长期以来，核酸在生物学中的重要地位也使它们成为化学家的药物靶标。如果药物可以抑制生物体或病毒将其传染性知识传给后代的能力，则它可以有效杀死生物体或病毒。掩盖生物或病毒的遗传是杀死它的好方法。对于化学家和我们所有人来说，幸运的是，管理每种生物体中核酸复制的细胞机制略有不同，并且在病毒中通常也大不相同。
具有大型基因组的生物，例如人类，在复制其遗传信息时需要非常小心，因此在复制核酸时不要选择使用错误的前体时要非常有选择性。相反，通常具有较小基因组的病毒更能容忍使用相似但略有不同的分子进行自我复制。这意味着类似于核酸组成部分的化学物质(称为核苷酸)有时会损害一种生物的生化能力，而损害另一种生物的能力。当今使用的大多数重要抗病毒药物都是核苷酸(或核苷，其分子因去除磷酸基团而有所不同)类似物，包括用于治疗HIV，疱疹和病毒性肝炎的类似物。许多重要的癌症药物也是核苷酸或核苷类似物，
“试图了解遗传的本质以及如何将其体现出来，这是人们可以做的最基础的研究，但它也有一些非常重要的实际应用，”前ELSI和现为南京大学教授。
由于大多数科学家认为生物学的基础是可遗传的信息，如果没有遗传信息，就不可能进行自然选择，因此研究生命起源的进化科学家也致力于从可能自发发生在原始地球上的简单化学物质制造DNA或RNA的方法。一旦存在了核酸，生命起源和早期进化中的许多问题就将变得有意义。大多数科学家认为RNA早于DNA进化，并且由于细微的化学原因使DNA比RNA稳定得多，因此DNA成为生命的硬盘。然而，在1960年代的研究很快将理论起源领域分为两部分：将RNA视为对生物学起源问题的简单“奥卡姆剃刀”答案的人，以及将RNA视为生物学合成的铠甲的许多纽带。
共同作者，埃默里大学化学家杰伊·古德温博士说：“基于这些类似的核苷，考虑替代遗传系统的潜力真是令人兴奋，因为它们可能已经在不同的环境中出现并进化了，甚至在这些替代的遗传系统可能会将我们对生物学的“中心教条”的概念扩展到新的进化方向，以应对地球上日益严峻的环境，并具有强大的适应性。”
很难检查所有这些基本问题，即哪个分子先出现，RNA和DNA的独特之处，所有这些都是通过在实验室中物理制造分子而一次完成的。另一方面，在制造分子之前先对其进行计算可能会为化学家节省大量时间。共同作者马库斯·梅林格(Markus Meringer)博士说：“我们对这种计算的结果感到惊讶，很难先验地估算出有超过一百万个类似支架的核酸。现在我们知道了，我们可以开始考虑在实验室中测试其中一些。”
“绝对令人着迷的是，通过使用现代计算技术，我们可能会在寻找可以存储遗传信息的DNA和RNA替代分子时偶然发现新药。像这样的跨学科研究使科学具有挑战性和乐趣。有影响力。”合著者埃默里大学的彼得·伯格博士说。
