文／陳根

138億年前，宇宙大爆炸。這是所有歷史日期的開(kāi)端，是創(chuàng)世故事開(kāi)始的地方。46億年前，地球誕生。6億年后，在早期的海洋中，出現(xiàn)了最早的生命，生物開(kāi)始了由原核生物向真核生物復(fù)雜而漫長(zhǎng)的演化。不過(guò)，一直以來(lái)，生命的起源都是個(gè)未解之謎。

研究至今，人們大概只知道DNA是生物的基板，因?yàn)镈NA帶有構(gòu)建、操作生物體的各種遺傳訊息，而RNA則充當(dāng)信使分子，從DNA分子那里復(fù)制遺傳指令，然后傳遞到稱為核糖體的細(xì)胞分子工廠，當(dāng)這座工廠讀取RNA遺傳信息后，便開(kāi)始合成特定蛋白質(zhì)。

也就是說(shuō)，所有機(jī)體都是使用的同樣的遺傳分子——DNA和RNA來(lái)存儲(chǔ)信息。長(zhǎng)期以來(lái)，人們假設(shè)RNA作為DNA的一種前體——如果這些簡(jiǎn)單的分子存在于早期地球的“原始湯”中，它們可能已經(jīng)開(kāi)始自我復(fù)制并多樣化為一系列的形式。隨著分子變得更加復(fù)雜，RNA最終可能產(chǎn)生了帶有DNA分子的細(xì)胞并孕育了我們今天看到的所有生命形式。

支持該假設(shè)的理論包括：RNA能自我復(fù)制，滿足遺傳物質(zhì)傳遞遺傳信息的要求；RNA既可作為核糖體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，又能在遺傳信息的表達(dá)過(guò)程中作為DNA與蛋白質(zhì)之間的信息紐帶；科學(xué)家在原生動(dòng)物四膜蟲(chóng)等生物中發(fā)現(xiàn)了核酶后，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)合成過(guò)程和mRNA的加工過(guò)程中均有核酶參與。

盡管這種解釋非常巧妙，但RNA分子是否真的能經(jīng)歷這種進(jìn)化仍是未知數(shù)。實(shí)際上，這一假說(shuō)并非沒(méi)有問(wèn)題。例如，RNA是一個(gè)非常脆弱的分子，特別是當(dāng)它變長(zhǎng)時(shí)。此外，目前還不清楚RNA分子與蛋白質(zhì)世界的聯(lián)系是如何產(chǎn)生的，正如人們所知，遺傳物質(zhì)為其提供了藍(lán)圖。

現(xiàn)在，發(fā)表在《自然》雜志上的一篇新論文所述，Carell的工作小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種可能發(fā)生這種聯(lián)系的方式。

首先，RNA本身是一個(gè)復(fù)雜的大分子。除了編碼遺傳信息的四個(gè)經(jīng)典堿基A、C、G和U之外，它還包含非經(jīng)典堿基，其中一些具有非常不同的結(jié)構(gòu)。這些非信息編碼的核苷酸對(duì)RNA分子的運(yùn)作非常重要。

目前，研究人員已掌握了120多種這樣的修飾過(guò)的RNA核苷。Carell小組認(rèn)為，這些非經(jīng)典的核苷是關(guān)鍵成分，使RNA世界與蛋白質(zhì)世界聯(lián)系起來(lái)。

研究人員表示，這些分子化石中的一些當(dāng)位于RNA中時(shí)，可以用單個(gè)氨基酸或甚至小的氨基酸鏈（肽）來(lái)“裝飾”自己。當(dāng)氨基酸或肽碰巧與RNA同時(shí)存在于一個(gè)溶液中時(shí)，這導(dǎo)致了小型嵌合RNA－肽結(jié)構(gòu)。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，與RNA相連的氨基酸和肽隨后甚至相互反應(yīng)，形成越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜的肽。Carell說(shuō)表示“通過(guò)這種方式，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造了可以編碼遺傳信息的RNA－肽顆粒，甚至形成了加長(zhǎng)的肽”。

因此，古老的化石核苷有點(diǎn)類似于RNA中的核，形成一個(gè)核心，長(zhǎng)肽鏈可以在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)。在RNA的一些鏈上，肽甚至在幾個(gè)點(diǎn)上生長(zhǎng)。根據(jù)新的理論，一開(kāi)始的一個(gè)決定性因素是RNA分子的存在，它可以用氨基酸和肽“裝飾”自己，從而將它們連接成更大的肽結(jié)構(gòu)。

也就是說(shuō)，RNA至少有可能經(jīng)歷進(jìn)化并導(dǎo)致復(fù)雜的生命，盡管這并不一定證實(shí)它在現(xiàn)實(shí)世界中就是這樣發(fā)生的。隨著我們對(duì)生命科學(xué)的研究越來(lái)越深入，新的研究、新的發(fā)現(xiàn)或許在很大的程度上會(huì)不斷的改寫(xiě)我們對(duì)已有知識(shí)體系的認(rèn)知。

       原文標(biāo)題 : 陳根：生命的起源，RNA如何聯(lián)系蛋白質(zhì)？