【文思泉涌】生命演化史：从生命1.0到生命4.0( 四 ) 本文摘自《生命是什么》（作者：王立铭

依据中心法则， DNA的自我复制保证了遗传信息的传递和生命的生生不息， DNA也通过指导蛋白质合成决定了生命活动的形态。 RNA的产生则是其中的一个中间步骤， RNA一方面忠实抄写了DNA的密码信息，另一方面直接指导了蛋白质的制造。（值得指出的是，地球生命中也有不少中心法则之外的生命。比如某些病毒并没有DNA ，而是直接利用RNA来存储遗传信息并指导蛋白质合成（例如流感和丙肝病毒）。也有一些病毒虽然使用DNA ，但是和图中不同，它们仅有一条单链DNA ，只在启动自我复制的时候才变成双螺旋。）
直到1982年，切赫在试管里合成了一个新的RNA分子。然后，利用这条理论上不可能存在污染的纯净RNA ，他们确认，这条RNA在什么外来蛋白质都没有的条件下，仍然可以实现自我剪接，把那段没用的中间序列（内含子）切割出来。
事情已经无可置疑， RNA可以自己剪断和粘连自己。 RNA分子，居然可以身兼DNA和蛋白质的双重功能：它显然可以和DNA一样存储信息，同时也可以像蛋白质一样催化生物化学反应——在切赫的例子里，这个化学反应就是对自身进行切割和缝合。切赫给他们找到的这种新物质命名为“核酶”（见图5），广泛存在于从细菌到人体的多种生物中。

文章图片
图5“锤头”核酶（hammerheadribozyme），一条RNA链能内部折叠配对，形成一种状似发卡的结构，并能在特定位置实现自我剪切
这个发现具有极其深远的意义，既然在一种单细胞浮游生物体内存在着一种分子，它既可以作为密码本记录生命体的遗传信息，又可以作为分子机器驱动一种简单的生命活动过程，那么举一反三，就会想到，也许曾经存在一大类逻辑类似的核酶分子，它们既能够记录五花八门的遗传信息，又能够实现形形色色的生命机能，一身担起DNA和蛋白质的使命。而只要稍加推广，我们就会发现，核酶的概念似乎可以用来解释生命起源！
核酶这种奇怪的东西，只要想象一个这样的RNA分子，它自身携带遗传信息，同时又能催化自身的复制，那不就可以实现遗传信息的自我复制和万代永续了吗？什么DNA ，什么蛋白质，对于伟大的生命起源来说，不过是事后锦上添花的点缀而已！
要知道，虽然切赫发现的核酶确实实现了一点替代蛋白质的功能，但这个功能还是非常简单的。而如果真要设想一种核酶能够实现自我复制的功能，它必须能够以自身为样本，把一个接一个的核苷酸按照顺序精确地组装出一条全新的RNA链条来。这个难度比起RNA剪接，简直是汽车流水线和榔头剪刀的差别。
不过没过多久，大家在研究细胞内的蛋白质生产过程的时候，就意识到RNA的能力远超人们的想象。我们知道，蛋白质分子的生产是以RNA分子为模板，严格按照三个核苷酸分子对应一个氨基酸分子的逻辑，逐渐组装出一条蛋白质长链的过程。这个过程是在一个名叫“核糖体”（模型见图6）的车间里进行的。而从20世纪80年代开始，人们在研究核糖体的时候逐渐意识到，这个令人眼花缭乱的复杂分子机器，居然是以RNA为主体形成的！

文章图片
图6核糖体模型
在细菌中，核糖体车间的工作人员包括50多个蛋白质，以及三条分别长达2900、1600和120个核苷酸分子的RNA链。这些RNA链条上的关键岗位对于决定蛋白质生产的速度和精度至关重要。既然连蛋白质生产这么复杂的工作RNA都可以胜任，那还有什么理由说，在生命诞生之初， RNA分子就一定不能做到自我复制。
我们当然没办法看到地球生命演化历史上第一个自我复制的核酶到底是什么样子的，但是如果人类科学家能在实验室里人工制造出一个能够自我复制的核酶，我们就有理由相信，具备同样能力的分子在远古地球上出现，并不是什么天方夜谭。