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第四节
最初的生命是核糖核酸(RNA)的世界

地球表面很早就有水,氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖这些分子都可以溶解在水中,开始它们创造生命的历程。浅滩里的水蒸发时,跑到空气中的主要是水分子,氨基酸、脂肪酸、嘌呤、嘧啶、核糖等分子是不会蒸发的,而是留在剩余的水中,浓度也会随着水的蒸发而大大增加。高浓度使分子之间靠近,有利于它们之间发生化学反应,形成更复杂的分子。例如,前面提到的科学家福克斯,在合成氨基酸的基础上,又把氨基酸的溶液在温暖无氧的环境中让水自然蒸发干,结果发现,在这个干燥过程中,氨基酸会连在一起,形成长链,类似于现在的蛋白质。

在浅滩里面的水蒸发干,形成较复杂的分子后,降雨或者浪花又可以带来水,使这些分子溶化在水中。在再次干燥的过程中,又会形成更加复杂的分子。这样反复地干燥-溶化,就会形成越来越复杂的分子。2019年,由德国、英国和日本科学家组成的团队表明,反复的干-湿循环不仅可以从简单分子形成嘌呤和嘧啶,还可以形成与核糖相连的嘌呤和嘧啶,这就是核苷(苷是与糖分子相连而形成的化合物)。在有磷酸盐存在的情况下,核苷中的核糖还可以和磷酸相连,形成核苷酸。在溶液干燥的过程中,核苷酸也可以彼此相连,形成长链,这就是核糖核酸,即RNA(图1-7)。

图1-7 RNA分子的构成

蛋白质和RNA都是非常复杂的分子,有了这样的分子,就已经走到生命的门槛边了,但是由复杂分子组成的东西还不是生命。生命是一个能够自我维持的动态系统,而不是一个静态结构。生物与非生物的一个重大区别,就是生物能够进行新陈代谢,即不断地合成新的分子以取代老的分子,实现自我更新。刚刚死亡的动物身体构造和死前一样复杂,但是新陈代谢停止,动态变成静态,也就失去了生命。

新陈代谢需要不断生产出新的生命分子,但是像蛋白质和RNA这样高度复杂的分子在自然环境中形成的速度是非常缓慢的,如果有一种分子能够加速自己的生成,这个分子就有了主动性。幸运的是,RNA分子就具有这种能力,所以RNA分子形成后,就逐渐摆脱自然形成的缓慢过程,而开始自己制造自己,形成的速度大大增加了。被动的自然形成过程不是生命现象,而主动制造就是最初的生命活动。

一个分子要复制自己,需要有两种能力,一种能力是能够结合组成自己的“零件”,把它们的位置固定,相当于是一个工作台,而RNA分子就有这样的能力。RNA是由A、G、C、U这4种核糖核苷酸相连组成的,由于它们中的碱基能够分别与T、C、G、A脱氧核苷酸中的碱基配对而结合(见“引言”),RNA分子就可以与溶液中的脱氧核苷酸T、C、G、A配对,这样就把溶液中合成新RNA分子的“零件”固定在RNA分子附近。

“零件”固定后,还需要把它们连接在一起。在自然状态下,这个过程是非常缓慢的,但是RNA分子还有一种能力,可以加快这个过程,这就是催化。第一种RNA分子结合固定核苷酸“零件”后,另一种RNA可以将这些核苷酸连接起来,成为新的RNA分子。这个过程已经被科学家用实验证实,例如,具有催化能力的RNA分子tc19Z,就能够以核苷酸为“零件”,以其他RNA为模板,在24小时内合成有95个核苷酸单位长的新RNA。

新合成的RNA分子和模板RNA分子在序列上是互补的(见“引言”中DNA双螺旋部分),如原来的A变成了U,原来的C变成了G。但是新的RNA又可以被当作模板,合成第三代RNA分子。在第三代RNA分子中,U又变回A,C又变回G,序列就和原来模板RNA分子的序列一致,相当于把模板RNA分子复制了。担任催化作用的RNA分子,也可以用同样的方式被其他有催化功能的RNA分子复制,这就相当于所有的RNA分子都能够被复制。

蛋白质分子虽然功能强大,在现今的生物体内,几乎所有的生命活动都是由蛋白质来执行的,但是蛋白质分子中的氨基酸却没有和其他氨基酸配对的能力,不能像RNA分子那样固定组成自己的“零件”,蛋白质分子也就不能复制自己。早期生命中可以没有蛋白质,但是不能没有RNA,所以早期的生命,很可能是RNA的世界。 O/Dnr1GPILdOI197/K05v37fzqUCtaEeSS+txSLc0Wnn3cVbPjbM+21P65Z1GrJ+

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