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從原蟲到人類—人類進(jìn)化的微史詩 第二章 RNA的世界

2019-07-26 11:58 作者:老大鴿鴿了  | 我要投稿


? ? ? ? 從水下的第一個(gè)生命開始……

? ? ? ? 不,等等,在最初的生命開始之前,我們的故事就已經(jīng)開始了。生物書上大概有翟中和院士的這樣一句話:“我確信哪怕一個(gè)最簡單的細(xì)胞,也比迄今為止設(shè)計(jì)出的任何智能電腦更精巧!”,由此觀之,便能明白細(xì)胞雖小,可卻并不簡單。在趨于混亂的無機(jī)世界中誕生趨于秩序穩(wěn)定的原生質(zhì)體結(jié)構(gòu)乃至各色細(xì)胞,正是走向人類的生命之路上最為至關(guān)重要,也是最為難以置信的一步蛻變。

? ? ? ? 關(guān)于再此之后的變化,我們有一套大約可信的進(jìn)化理論可以解釋;而關(guān)于再次之前的變化,自然有一套萬古不變的物理定律去將其支配。那么,究竟是發(fā)生了什么,才有了這樣令人驚人的變化。我們?cè)缫阎懒私Y(jié)局,卻不知道事情的經(jīng)過,所謂知其然而不知其所以然,由于時(shí)間的過于久遠(yuǎn),那是在大約在35億年前,最早的單細(xì)胞生命就已經(jīng)出現(xiàn)了,然而時(shí)間早已抹去了大部分的痕跡,那時(shí)的生命尚沒有難朽的外殼或骨骼,肉體凡胎在數(shù)十億年的光陰流轉(zhuǎn)中早就化為塵埃,其中或有極少數(shù)極幸運(yùn)的幸存者,機(jī)體被無機(jī)物填充,卻保存了原來的形狀,存在于這廣袤深厚的地層的不知何處,等待另一個(gè)撞大運(yùn)的人去發(fā)掘。更為常見的情況,是這些原始生命存在的痕跡,譬如其中最出名的,層疊石。由于藍(lán)細(xì)菌的生命活動(dòng),水中的沉積物膠結(jié)、聚集,產(chǎn)生了這樣的碳酸鹽沉積結(jié)構(gòu)。 最古老的層疊石,正是它,向我們展示了早期地球上的生命形式之一。

? ? ? ? 但再此之前,我們就無據(jù)可考了。目前無法得知,或許以后也無法確切地知曉,這一段生命起源的關(guān)鍵過程。盡管如此,我們已知條件,已知結(jié)果,便能對(duì)過程做出一些較為可信的推斷。從前我們可能覺得,無機(jī)世界與有機(jī)世界之間存在著天塹般的差異,或許存在著些什么玄幻的生命力,導(dǎo)致了其間的差別,事實(shí)上真的如此嗎?

? ? ? ? 比如,在《35億年的生命物語》一書中,作者就提到了某些晶體的滲透生長現(xiàn)象,它十分神奇,如原文中所述“許多滲透生長物質(zhì)會(huì)因?yàn)橹車h(huán)境中最微小的刺激而在母液中四處游動(dòng),很多物質(zhì)會(huì)進(jìn)行與營養(yǎng)狀況相關(guān)的周期性運(yùn)動(dòng),還有些會(huì)通過出芽進(jìn)行繁殖?!保M(jìn)一步地說,“滲透生長現(xiàn)象成功地模擬了營養(yǎng)、生長、形式、結(jié)構(gòu)和感覺等維持生命所必需的現(xiàn)象?!辈贿^這是20世紀(jì)早期乃至中期的研究,成為所謂無生源說的重要證據(jù),其中或許難免帶有一些主觀上的色彩,好像海克爾的重演律一般。

? ? ? ? 不過,這仍能作為一個(gè)事例,告訴我們,生物與無機(jī)物之間的差距并沒有我們想象中那么大?,F(xiàn)代科學(xué)告訴我們,有機(jī)物,在一定的條件下,能從無機(jī)物中制造出來。并不是想曾經(jīng)的人們那樣認(rèn)為,存在那樣一種生命力,只有生命能產(chǎn)生有機(jī)物。

? ? ? ? 生命猶如一個(gè)或一個(gè)以上細(xì)胞堆疊而成的積木,而一個(gè)個(gè)細(xì)胞又是由無數(shù)有機(jī)大分子物質(zhì)堆疊而成。繼續(xù)推演下去,有機(jī)大分子又是由各類相似而不相同、多種多樣的單分子物質(zhì)堆疊而成,具體的細(xì)節(jié)中學(xué)課本里早已教過,在此便不去贅述。此外,我們還學(xué)到,蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ),沒有蛋白質(zhì)就沒有生命,至少在我們的地球上如此。要想探究生命的起源,就必須探究如此重要的物質(zhì)的起源,組成蛋白質(zhì)的氨基酸必須要在自然環(huán)境下能夠形成,才有生命的可能。

? ? ? ? 著名的米勒實(shí)驗(yàn),在此就不能不提及了。于1953,米勒在他的導(dǎo)師指導(dǎo)下,模擬了假象中早期大氣的環(huán)境,在此環(huán)境下,一些無機(jī)物自發(fā)地合成了某些氨基酸。此外,在太空環(huán)境中,大量的宇宙塵埃存在著巨大的表面,可以吸附水、氫、氧以及甲烷這樣的簡單分子,高能宇宙射線提供反應(yīng)所需的能量,暴露的金屬礦物有催化作用,便能發(fā)生一定的反應(yīng),形成各種有機(jī)物。 此外,現(xiàn)在人們已經(jīng)在星際塵埃或隕石上檢測(cè)出過多種有機(jī)物。

? ? ? ? 現(xiàn)在我們可以假設(shè)這樣一個(gè)情況,那是早期的海洋,此時(shí)地球環(huán)境剛剛穩(wěn)定下來,在各種情況下不斷產(chǎn)生的各類有機(jī)物們,在億年間際會(huì)于此。沒有討人厭的氧氣的干擾,它們得以不斷累積,在寂寥的海洋中彳亍。直到有一天,“他”遇上了“她”,一個(gè)能完美與自己相連的“伴侶”,或許是同一個(gè)模子里刻出來的自己,完美地結(jié)合在一起,生命的火花于此擦起。相對(duì)于這些有機(jī)物分子的尺度,海洋顯得巨大無比,因此也容得下更多的可能,于是乎更多的碰撞此洋中發(fā)生,更多的分子碰撞在一起,彼此般配,成為不同的一雙乃至更大的集群。

? ? ? ? 然而,好比那出名的一只在打字機(jī)前胡亂敲擊的猴子,通過這樣隨機(jī)的碰撞形成所謂的第一個(gè)細(xì)胞的基礎(chǔ),蘊(yùn)含它的遺傳信息,讓它能自我復(fù)制存在下去,依舊顯得不可能。對(duì)于這樣的概率來說,地球上的海洋還是太小了。

可能性更高的一個(gè)假設(shè),是產(chǎn)生了一個(gè)能夠自我復(fù)制的分子,它并不代表什么,相對(duì)于細(xì)胞,它簡單得可憐,但它的出現(xiàn),最重要的是其中蘊(yùn)含的信息,是個(gè)驚人而偉大的突破,像是一顆原子彈,這個(gè)嶄新的“太陽”自我綻放,勢(shì)如破竹般席卷八方,處于了優(yōu)勢(shì)地位。我更愿意相信在同一時(shí)間內(nèi),只有少數(shù)分子甚至一個(gè)分子做到了這一點(diǎn),因?yàn)樯霈F(xiàn)前的寂寥階段實(shí)在漫長,在幾億年乃至十幾億年的尺度下,一個(gè)偶然出現(xiàn)的能自我復(fù)制的分子在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)就能占據(jù)海洋。

? ? ? ?它和它的一些后輩們,或許就是現(xiàn)如今人類最初的祖先。那么它是什么東西呢?是蛋白質(zhì)?這樣一種生命離不開的基礎(chǔ)物質(zhì);還是DNA?蘊(yùn)含著生命的遺傳密碼。人們總是關(guān)注著蛋白質(zhì),在DNA被發(fā)現(xiàn)之前,人們相信遺傳的信息藏在蛋白質(zhì)中,米勒實(shí)驗(yàn)的關(guān)注點(diǎn),其實(shí)也是蛋白質(zhì)。而DNA的重要之處更毋需多言,我們之所以成為我們現(xiàn)在的樣子,至少在肉體上,都是由于基因的選擇性表達(dá)。

? ? ? ?猜猜我是誰?如果它有思想,也許會(huì)這樣俏皮地問道。我們常把目光放在這兩座“大山”上,卻忽視了那更有可能的候選人:RNA。RNA?你可能會(huì)問:為什么是它?和DNA比,它不夠穩(wěn)定,只有一條孤單的鏈;和蛋白質(zhì)比,它太過簡單,無法組成那么百變的結(jié)構(gòu)。RNA夾在DNA和蛋白質(zhì)之間,似乎是個(gè)活在大佬陰影下的小透明,卻至關(guān)重要,成為了連接它們之間的橋梁。

? ? ? ? 正是因?yàn)樗牟环€(wěn)定,它才有了突變的可能,在生命出現(xiàn)之前,這樣的一個(gè)個(gè)分子在一次次復(fù)制而產(chǎn)生了差異,物競(jìng)天擇便已經(jīng)開始了,進(jìn)化的車輪已然滾滾向前。正是因?yàn)樗南鄬?duì)簡單,才有可能在隨機(jī)中蛻變出來,像是一首小詩,而非是所謂的一篇鴻篇巨制。

? ? ? ? ?此外,我們還能找出許多證據(jù),證明RNA出現(xiàn)在DNA與蛋白質(zhì)之前,很有可能是我們所尋找的“它”?!痘蚪M:人類自傳》提到了五條線索,一:要改變DNA的結(jié)構(gòu),需要像逆轉(zhuǎn)錄病毒一樣從RNA轉(zhuǎn)錄而來;二:構(gòu)成DNA的脫氧核糖核苷酸中的胸腺嘧啶脫氧核苷酸是又尿嘧啶脫氧核苷酸演化而來;三:許多酶(蛋白質(zhì)們)要與某種RNA分子結(jié)合才能發(fā)揮催化作用;四:RNA能夠獨(dú)立地自我復(fù)制;五:某些RNA有催化作用,切斷或連接一些分子,包括自己,甚至能夠“醫(yī)者自醫(yī)”,切除自己的某一段,把剩下的兩端連在一起。

? ? ? ?書中還提及了這樣一個(gè)驚人實(shí)驗(yàn),Thomas Cech與Sidney Altman將RNA分子放入試管之中,使其發(fā)生催化反應(yīng),經(jīng)過反復(fù)篩選,就可以得到RNA上和自我催化反應(yīng)相關(guān)的序列,其中的一個(gè)片段,正是與人類最大的那條染色體上的5S rRNA的基因轉(zhuǎn)錄出的RNA結(jié)構(gòu)相似!正是5S rRNA,核糖體的一部分,無論是原核生物還是真核生物,都含有核糖體,其中的5S rRNA都是十分相似的。

? ? ? ? 或許這就是生命的開端了,這樣的一個(gè)個(gè)RNA,從古至今,鋪出了生命的基石,或許它們有所改進(jìn),卻依舊留下了些許蛛絲馬跡,盡管我們也許再也無法再出現(xiàn)當(dāng)時(shí)RNA們復(fù)制、競(jìng)爭(zhēng)、進(jìn)化的盛況。但是可以下這樣一個(gè)大膽的推測(cè),在生命出現(xiàn)前數(shù)億年的晝夜更替里,由于時(shí)間過于漫長,事實(shí)并不如我們常常描述的那樣熱血沸騰。正是無言的沉默的RNA們,在黑暗的海洋中,默默彳亍,隨光陰流轉(zhuǎn),悄無聲息地探求著生命的曙光。

? ? ? ? 在第一個(gè)細(xì)胞之前,那個(gè)印象中荒蕪的世界,是由RNA統(tǒng)治的世界。


從原蟲到人類—人類進(jìn)化的微史詩 第二章 RNA的世界的評(píng)論 (共 條)

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