生命起源寻找第一个自我复制者.DOC

生命起源：寻找第一个自我复制者众所周知，生命起源于一个能自我复制的简单分子。——现在，我们认为我们知道怎么做出一个来。 很久以前，宇宙中产生了一颗围绕中等恒星运行的新行星，在距今40亿年前，这颗行星的表面逐渐冷却。当时，那里还是一片动荡荒凉——它被陨石轰击，被火山喷发撕裂；大气中充满了有毒气体。但是，当水刚刚在地表形成湖泊和海洋时，神奇的事情发生了：一个分子，或者一组分子，掌握了自我复制与增殖之道。 进化由此开始。在第一代能自我复制的个体出现之后，自然选择让那些拥有更好复制能力的新生代生存下来。很快地，第一代原始细胞诞生了。接下来，就是漫长的史前历史。 几十亿年之后，第一代原始细胞的一些后代经过漫长的进化，已拥有了足够的智慧，想要探寻他们最初的祖先是什么样子。究竟是什么分子让生命开始的呢？ 上溯到20世纪60年代，这些智慧生物中的一小部分开始将生命起源与RNA，一种DNA的近亲，联系起来。然而，他们仍面临极大困境：在原始地球上，没有任何已知方式能让RNA分子形成。如果RNA分子无法自然形成的话，它又怎么能够自我复制增殖呢？因此，是否有其它能够自我复制的生命先于RNA存在？如果真是这样，它又是什么呢？ 答案终于从黑暗中逐渐显现。 当生物学家刚刚开始探究生命是如何产生的时候，他们发现这个问题非常令人困惑。在现存的所有生命形式里，蛋白质主导一切：蛋白质可以扭曲、折叠成多种形态，因此它们几乎无所不能——包括合成“酶”，一类可以催化大量化学反应的物质。然而，蛋白质合成所需的信息储存于DNA分子之中。如果没有DNA，就不能合成出新的蛋白质；如果没有蛋白质，也不能制造出新的DNA。那么，最初是谁先产生的呢？到底是蛋白质，还是DNA？ 20世纪60年代的发现或许能解答这个“鸡生蛋蛋生鸡”的问题：RNA可以像蛋白质一样折叠，尽管不能形成如后者一样复杂的结构。如果RNA既能催化化学反应，同时也能储存遗传信息，那么一些RNA分子也许就能够增殖，产生后代。如果真是这样，这些RNA复制者们就不再需要蛋白质的协助，可以自己完成一切。 这是一个引人入胜的观点，但在当时，它完全基于推测。没有人能够证明RNA可以像蛋白酶一样催化化学反应。直到经过数十年摸索之后，在1982年，RNA酶首次被确证存在。这归功于美国科罗拉多大学博尔德分校的托马斯·切赫（Thomas Cech）的研究：他在嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）——一种奇特的、拥有七种性别（分别命名为性别I至VII——译者注）的单细胞生物——中发现了它（《科学》杂志，231期，4737页）。 在那以后，生命起源研究进入一片新天地。生物体中更多的RNA酶被发现，新的RNA酶也在实验室中被合成出来。RNA也许并不像DNA一样善于储存遗传信息，也不像DNA一样稳定；它也不并不像蛋白质一样善于变化——但是，RNA分子胜在全能。这些发现大大支持了生命起源于能够催化合成更多的RNA分子的观点。这是一个“RNA世界”——正如哈佛大学化学家沃尔特·吉尔伯特（Walter Gilbert）在25年前所说的那样（《自然》杂志，319期，618页）。 有些RNA复制者甚至可能有性行为。切赫发现的RNA酶并不仅仅能催化已知反应；它还是能将自己从一个更长的RNA链中切下来的RNA片段。如果逆转这个过程，就能够将这个RNA片段拼接回RNA链中。这意味着，RNA复制者也许能够跟其它的RNA分子交换遗传信息。这个能力势必大大加速进化过程，因为不同分支的复制者产生的优良变异会被带入同一谱系之内。（以期更好地适应环境，生存下来——译者注。有学术证明过有性繁殖比无性繁殖进化更快，记得松鼠会有篇文章讲过——校对注。） 图片：性别VII的嗜热四膜虫在与性别I-VI的同胞亲密接触中。（Volker Steger/E.和Cole/SPL供图） 来源：New Scientist - Zoologger: The hairy beast with seven fuzzy sexes 进化中的复制者 对于很多生物学家来说，决定性的一局降临在2000年，细胞中蛋白质制造机（protein-making factories）的结构被解析出来（《新科学家》杂志，2252期——译者注）。该研究证实，这些蛋白质制造机的核心结构是一个RNA酶——若蛋白质由RNA构成，RNA一定出现在先。 然而，仍有疑问存在。比如说，RNA是否当真能够自我复制？这一点尚不确定。如今，DNA和RNA都需要多种蛋白质的协助才能完成复制。如果自我复制者当真存在，它也早已消失于久远的历史。所以，生物学家打算重新制造一个RNA自我复制者：他们随机选取RNA，令其繁衍进化，观其所出何物。 到2001年，其中一个进化实验产生了一种名为R18的RNA酶（全称R18 RNA p