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新浪首页 > 读书频道 > > 基因组:人种自传23章 > 正文
 
第一号染色体 生命(3)
马特·里德利
 

  RNA就是那个“词”。RNA留下了五条线索,使我们看到了它是先于DNA和蛋白质的。直到今天,要想改变DNA序列中的任何组成部分,都是通过改变RNA序列中相应的组成部分而完成的,没有更直接的办法。而且,DNA语言中的字母T是从RNA语言中的字母U造出来的。现代的很多酶,虽然是蛋白质,但它们要想正常发挥功能却离不开一些小的RNA分子。更有甚者,RNA与DNA和蛋白质还有不同的一点,就是RNA能够复制自己,不需要任何外界帮助:给它正确的原料,它就能将其织成一条信息链。不管你观察细胞的哪一部分,最古老最基本的功能都
需要RNA的参与。基因中的信息是以RNA的形式被一种需要RNA才能正常工作的酶提取出来的。这个信息,是由一台含有RNA的机器——核糖体翻译出来的。而在翻译过程中需要的氨基酸,又是一种小小的RNA分子给搬运过来的。在所有这些之上,还要加上一条,与DNA不同的是,RNA可以做催化剂,可以把分子——包括RNA——打断或是连上。它可以把RNA分子切断、连上,造出RNA的组成成分,把一条RNA链加长。一个RNA分子甚至可以在自己身上做“手术”,把自己的某一段切除,再把两个自由端接在一起。

  20世纪80年代早期,托马斯·赛克(Thomas Cech)和西德尼·奥特曼(Sidney Altman)【托马斯·赛克和西德尼·奥特曼:当代美国生物学家(后者出生于加拿大),因他们在RNA功能方面的工作于1989年共获诺贝尔化学奖。——译者注】发现了RNA的这些惊人特性,从而彻底改变了我们对于生命起源的理解。现在看来,最早的基因,“原基因”,很有可能是复制与催化合为一体的,是一个消耗自己周围的化学物质以复制自己的“词”。它的结构很有可能就是RNA。把任意一些RNA分子放在试管里,然后一遍遍地选出它们中间催化作用最强的成员,就可以重现RNA从什么也不是到具有催化作用的“进化”过程——几乎可以说是又进行了一次生命起源。这种实验最惊人的结果之一,就是最后得到的RNA往往含有一段序列,读起来酷似核糖体RNA基因——比如说,一号染色体上的5S基因——的序列。

  在第一只恐龙出现之前,在第一条鱼出现之前,在第一条虫子、第一棵植物、第一种真菌、第一种细菌出现之前,世界是RNA的世界。这大概是40亿年前,地球刚刚形成不久,宇宙也仅仅有100亿年历史的时候。我们不知道这些“核糖生物体”是什么样子的。我们只能猜想它们是怎样“谋生”的——从化学意义上说。我们不知道在它们之前有什么,但从存留在今天的生物中的线索看来,我们可以比较肯定地说RNA世界确实存在过。

  这些“核糖生物体”面临着一个大问题。RNA是不太稳定的物质,几小时之内就可以解体。如果这些“核糖生物体”去了比较热的地方,或是试图长得比较大,它们自己的基因就会迅速坏死,遗传学家们称为“由错误而引起的灾难”。后来,它们中的一个从试验与错误中发明了一种新的、更“坚强”的RNA的变种:DNA。它还发明了一套从DNA复制RNA的系统,包括一种我们称为“原核糖体”的机器。这套系统既要快速又要准确,于是它把遗传信息连在一起的时候每次连三个字母。每个三字母的小组都带有一个标签,使得它能够更容易地被“原核糖体”找到。这个标签是氨基酸做的。很久以后,这些标签被连在一起,制成了蛋白质,而那些三个字母的“词”,则成了制造蛋白质的密码——遗传密码。(所以直到今天,遗传密码每个词都有三个字母,作为制造蛋白质的配方的一部分,每个词拼出20个氨基酸中的一个。)这样,一个更复杂的生物就诞生了。它的遗传配方储存在DNA里,它体内的各种“机器”是蛋白质做成的,而RNA则在两者之间架起一座桥梁。

  这个生物名叫露卡(Luca)——所有物种在分化之前最后的一个共同祖先。【原文是The Last Universal Common Ancestor,缩写为LUCA。——译者注】它长得什么样子?住在什么地方?传统的回答是:它长得像个细菌,生活在一个离温泉比较近的温暖的水塘里,或生活在浅海湾里。不过,在过去的几年里比较时髦的做法是给露卡一个环境比较险恶的住处,因为变得越来越清楚的是,地下与海底的岩石上存在着亿万种以化学物质为养分的细菌。现在一般认为,露卡存在于地下极深的地方,存在于火成岩的裂缝里,“吃”硫、铁、氢和碳为生。直到今天,生活在地球表面的生物仍然只是地球所有生物中薄薄的一层。地下深层那些喜热细菌——也许就是造就天然气的那些物质——体内含有的碳的总量,也许是地球表面所有生物含碳量的十倍。

  不过,在试图确认最早的生命形式的时候,有一个概念上的困难。现在,绝大多数的生物都不可能从它们父母以外的任何地方得到基因了,但是过去却不一定如此。即便是今天,细菌也可以通过吞掉其他细菌来得到它们的基因。在过去某一阶段,也许有过很普遍的基因交换,甚至基因“盗窃”。很久以前,染色体可能是既多且短的,每条染色体可能只有一个基因,失也容易得也容易。如果真是如此,卡尔·沃斯(Carl Woese)【卡尔·沃斯:当代美国微生物学家。因为对于生命早期无氧环境里细菌的研究而获得过微生物学界的最高荣誉:每十年颁发一次的列文虎克奖章。——译者注】指出,那么这样的生物就还不是一个能够存活一阵的生物体,而只是暂时存在的一组基因。也因此,存在于我们所有人身体里的基因,也许来自很多不同的“物种”,要想把它们归类溯源是徒劳的。我们不是来自于某一个祖先,而是来自于由带有遗传物质的生物体组成的整个“社区”。正如沃斯所说,生命物质从何而来有史可循,生命却没有家族史。

  你可以把这种“我们不是来自于某个个体,而是来自于一个社区”的结论看成是一种推销集体主义精神和全局观念的、意在让人感觉良好的模糊哲学。你也可以把它看成是“自私的基因”这一理论的终极证明:在过去那些日子里,基因之间的战争比今天更甚,它们把生物体作为临时的战车,只跟生物体建立短暂的联盟,而现在的战争更像是基因与生物体组成的团队与其他团队之间的战争。这两种说法信哪一种,你自己选吧。

  就算以前有过很多露卡,我们仍然可以猜想它们以前生活在哪里,以什么为生。这里,“嗜热细菌是所有生命的祖先”这一说法出现了第二个问题。由于三位新西兰人【这里指A. Poole、D. Jeffares和D. Penny三位科学家。——译者注】在1998年公布的精彩的探索工作,我们突然瞥见了一种可能性,那就是,在几乎每一本教科书上都可以看到的生物进化树,可能都是大头朝下了。那些书都肯定地说,最先出现的生物是类似于细菌的简单细胞,它们的染色体是环状的,而且每个染色体只有一份;所有其他生物的出现,都是因为多个细菌结成“团伙”,变成了复杂细胞。现在发现,也许倒过来是更有道理的。最初的现代生物一点也不像细菌,它们也不生活在温泉里或是海底深处火山通道口。它们与原生质(protozoa)很像:它们的基因组是分成片段的,有多条线性染色体而不是一条环状染色体,而且它们是“多倍体”——每一个基因都有几个备份,用来帮助改正复制中出现的拼写错误。还有,这些原生质应该是喜欢比较冷的气候。正如帕特里克·福泰尔(Patrick Forterre)【当代法国微生物学家。——译者注】一直坚持的,现在看起来,细菌可能是后来才出现的,是高度简化与功能特化了的露卡的后代,是在DNA—蛋白质世界被发明之后很久才出现的。它们的把戏是把在RNA世界里形成的很多“设备”都扔掉,以便在很热的地方存活。在细胞里存留了露卡那些原始的分子特征的生物是我们;细菌比我们“进化得更高级”。

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第一号染色体 生命(1)(2004/1/20 15:48)
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