陈根：生命的起源，RNA如何联系蛋白质？

文/陈根

138亿年前，宇宙大爆炸。这是所有历史日期的开端，是创世故事开始的地方。46亿年前，地球诞生。6亿年后，在早期的海洋中，出现了最早的生命，生物开始了由原核生物向真核生物复杂而漫长的演化。不过，一直以来，生命的起源都是个未解之谜。

研究至今，人们大概只知道DNA是生物的基板，因为DNA带有构建、操作生物体的各种遗传讯息，而RNA则充当信使分子，从DNA分子那里复制遗传指令，然后传递到称为核糖体的细胞分子工厂，当这座工厂读取RNA遗传信息后，便开始合成特定蛋白质。

也就是说，所有机体都是使用的同样的遗传分子——DNA和RNA来存储信息。长期以来，人们假设RNA作为DNA的一种前体——如果这些简单的分子存在于早期地球的“原始汤”中，它们可能已经开始自我复制并多样化为一系列的形式。随着分子变得更加复杂，RNA最终可能产生了带有DNA分子的细胞并孕育了我们今天看到的所有生命形式。

支持该假设的理论包括：RNA能自我复制，满足遗传物质传递遗传信息的要求；RNA既可作为核糖体结构的重要组成部分，又能在遗传信息的表达过程中作为DNA与蛋白质之间的信息纽带；科学家在原生动物四膜虫等生物中发现了核酶后，又陆续发现在蛋白质合成过程和mRNA的加工过程中均有核酶参与。

尽管这种解释非常巧妙，但RNA分子是否真的能经历这种进化仍是未知数。实际上，这一假说并非没有问题。例如，RNA是一个非常脆弱的分子，特别是当它变长时。此外，目前还不清楚RNA分子与蛋白质世界的联系是如何产生的，正如人们所知，遗传物质为其提供了蓝图。

现在，发表在《自然》杂志上的一篇新论文所述，Carell的工作小组已经发现了一种可能发生这种联系的方式。

首先，RNA本身是一个复杂的大分子。除了编码遗传信息的四个经典碱基A、C、G和U之外，它还包含非经典碱基，其中一些具有非常不同的结构。这些非信息编码的核苷酸对RNA分子的运作非常重要。

目前，研究人员已掌握了120多种这样的修饰过的RNA核苷。Carell小组认为，这些非经典的核苷是关键成分，使RNA世界与蛋白质世界联系起来。

研究人员表示，这些分子化石中的一些当位于RNA中时，可以用单个氨基酸或甚至小的氨基酸链（肽）来“装饰”自己。当氨基酸或肽碰巧与RNA同时存在于一个溶液中时，这导致了小型嵌合RNA-肽结构。

在这样的结构中，与RNA相连的氨基酸和肽随后甚至相互反应，形成越来越大、越来越复杂的肽。Carell说表示“通过这种方式，我们在实验室里创造了可以编码遗传信息的RNA-肽颗粒，甚至形成了加长的肽”。

因此，古老的化石核苷有点类似于RNA中的核，形成一个核心，长肽链可以在此基础上生长。在RNA的一些链上，肽甚至在几个点上生长。根据新的理论，一开始的一个决定性因素是RNA分子的存在，它可以用氨基酸和肽“装饰”自己，从而将它们连接成更大的肽结构。

也就是说，RNA至少有可能经历进化并导致复杂的生命，尽管这并不一定证实它在现实世界中就是这样发生的。随着我们对生命科学的研究越来越深入，新的研究、新的发现或许在很大的程度上会不断的改写我们对已有知识体系的认知。