从原虫到人类—人类进化的微史诗 第二章 RNA的世界

        从水下的第一个生命开始……

        不，等等，在最初的生命开始之前，我们的故事就已经开始了。生物书上大概有翟中和院士的这样一句话：“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧!”，由此观之，便能明白细胞虽小，可却并不简单。在趋于混乱的无机世界中诞生趋于秩序稳定的原生质体结构乃至各色细胞，正是走向人类的生命之路上最为至关重要，也是最为难以置信的一步蜕变。

        关于再此之后的变化，我们有一套大约可信的进化理论可以解释；而关于再次之前的变化，自然有一套万古不变的物理定律去将其支配。那么，究竟是发生了什么，才有了这样令人惊人的变化。我们早已知道了结局，却不知道事情的经过，所谓知其然而不知其所以然，由于时间的过于久远，那是在大约在35亿年前，最早的单细胞生命就已经出现了，然而时间早已抹去了大部分的痕迹，那时的生命尚没有难朽的外壳或骨骼，肉体凡胎在数十亿年的光阴流转中早就化为尘埃，其中或有极少数极幸运的幸存者，机体被无机物填充，却保存了原来的形状，存在于这广袤深厚的地层的不知何处，等待另一个撞大运的人去发掘。更为常见的情况，是这些原始生命存在的痕迹，譬如其中最出名的，层叠石。由于蓝细菌的生命活动，水中的沉积物胶结、聚集，产生了这样的碳酸盐沉积结构。 最古老的层叠石，正是它，向我们展示了早期地球上的生命形式之一。

        但再此之前，我们就无据可考了。目前无法得知，或许以后也无法确切地知晓，这一段生命起源的关键过程。尽管如此，我们已知条件，已知结果，便能对过程做出一些较为可信的推断。从前我们可能觉得，无机世界与有机世界之间存在着天堑般的差异，或许存在着些什么玄幻的生命力，导致了其间的差别，事实上真的如此吗？

        比如，在《35亿年的生命物语》一书中，作者就提到了某些晶体的渗透生长现象，它十分神奇，如原文中所述“许多渗透生长物质会因为周围环境中最微小的刺激而在母液中四处游动，很多物质会进行与营养状况相关的周期性运动，还有些会通过出芽进行繁殖。”，更进一步地说，“渗透生长现象成功地模拟了营养、生长、形式、结构和感觉等维持生命所必需的现象。”不过这是20世纪早期乃至中期的研究，成为所谓无生源说的重要证据，其中或许难免带有一些主观上的色彩，好像海克尔的重演律一般。

        不过，这仍能作为一个事例，告诉我们，生物与无机物之间的差距并没有我们想象中那么大。现代科学告诉我们，有机物，在一定的条件下，能从无机物中制造出来。并不是想曾经的人们那样认为，存在那样一种生命力，只有生命能产生有机物。

        生命犹如一个或一个以上细胞堆叠而成的积木，而一个个细胞又是由无数有机大分子物质堆叠而成。继续推演下去，有机大分子又是由各类相似而不相同、多种多样的单分子物质堆叠而成，具体的细节中学课本里早已教过，在此便不去赘述。此外，我们还学到，蛋白质是生命的基础，没有蛋白质就没有生命，至少在我们的地球上如此。要想探究生命的起源，就必须探究如此重要的物质的起源，组成蛋白质的氨基酸必须要在自然环境下能够形成，才有生命的可能。

        著名的米勒实验，在此就不能不提及了。于1953，米勒在他的导师指导下，模拟了假象中早期大气的环境，在此环境下，一些无机物自发地合成了某些氨基酸。此外，在太空环境中，大量的宇宙尘埃存在着巨大的表面，可以吸附水、氢、氧以及甲烷这样的简单分子，高能宇宙射线提供反应所需的能量，暴露的金属矿物有催化作用，便能发生一定的反应，形成各种有机物。 此外，现在人们已经在星际尘埃或陨石上检测出过多种有机物。

        现在我们可以假设这样一个情况，那是早期的海洋，此时地球环境刚刚稳定下来，在各种情况下不断产生的各类有机物们，在亿年间际会于此。没有讨人厌的氧气的干扰，它们得以不断累积，在寂寥的海洋中彳亍。直到有一天，“他”遇上了“她”，一个能完美与自己相连的“伴侣”，或许是同一个模子里刻出来的自己，完美地结合在一起，生命的火花于此擦起。相对于这些有机物分子的尺度，海洋显得巨大无比，因此也容得下更多的可能，于是乎更多的碰撞此洋中发生，更多的分子碰撞在一起，彼此般配，成为不同的一双乃至更大的集群。

        然而，好比那出名的一只在打字机前胡乱敲击的猴子，通过这样随机的碰撞形成所谓的第一个细胞的基础，蕴含它的遗传信息，让它能自我复制存在下去，依旧显得不可能。对于这样的概率来说，地球上的海洋还是太小了。

可能性更高的一个假设，是产生了一个能够自我复制的分子，它并不代表什么，相对于细胞，它简单得可怜，但它的出现，最重要的是其中蕴含的信息，是个惊人而伟大的突破，像是一颗原子弹，这个崭新的“太阳”自我绽放，势如破竹般席卷八方，处于了优势地位。我更愿意相信在同一时间内，只有少数分子甚至一个分子做到了这一点，因为生命出现前的寂寥阶段实在漫长，在几亿年乃至十几亿年的尺度下，一个偶然出现的能自我复制的分子在相对短的时间内就能占据海洋。

       它和它的一些后辈们，或许就是现如今人类最初的祖先。那么它是什么东西呢？是蛋白质？这样一种生命离不开的基础物质；还是DNA?蕴含着生命的遗传密码。人们总是关注着蛋白质，在DNA被发现之前，人们相信遗传的信息藏在蛋白质中，米勒实验的关注点，其实也是蛋白质。而DNA的重要之处更毋需多言，我们之所以成为我们现在的样子，至少在肉体上，都是由于基因的选择性表达。

       猜猜我是谁？如果它有思想，也许会这样俏皮地问道。我们常把目光放在这两座“大山”上，却忽视了那更有可能的候选人:RNA。RNA？你可能会问：为什么是它？和DNA比，它不够稳定，只有一条孤单的链；和蛋白质比，它太过简单，无法组成那么百变的结构。RNA夹在DNA和蛋白质之间，似乎是个活在大佬阴影下的小透明，却至关重要，成为了连接它们之间的桥梁。

        正是因为它的不稳定，它才有了突变的可能，在生命出现之前，这样的一个个分子在一次次复制而产生了差异，物竞天择便已经开始了，进化的车轮已然滚滚向前。正是因为它的相对简单，才有可能在随机中蜕变出来，像是一首小诗，而非是所谓的一篇鸿篇巨制。

         此外，我们还能找出许多证据，证明RNA出现在DNA与蛋白质之前，很有可能是我们所寻找的“它”。《基因组：人类自传》提到了五条线索，一：要改变DNA的结构，需要像逆转录病毒一样从RNA转录而来；二：构成DNA的脱氧核糖核苷酸中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸是又尿嘧啶脱氧核苷酸演化而来；三：许多酶（蛋白质们）要与某种RNA分子结合才能发挥催化作用；四：RNA能够独立地自我复制；五：某些RNA有催化作用，切断或连接一些分子，包括自己，甚至能够“医者自医”，切除自己的某一段，把剩下的两端连在一起。

       书中还提及了这样一个惊人实验，Thomas Cech与Sidney Altman将RNA分子放入试管之中，使其发生催化反应，经过反复筛选，就可以得到RNA上和自我催化反应相关的序列，其中的一个片段，正是与人类最大的那条染色体上的5S rRNA的基因转录出的RNA结构相似！正是5S rRNA，核糖体的一部分，无论是原核生物还是真核生物，都含有核糖体，其中的5S rRNA都是十分相似的。

        或许这就是生命的开端了，这样的一个个RNA，从古至今，铺出了生命的基石，或许它们有所改进，却依旧留下了些许蛛丝马迹，尽管我们也许再也无法再出现当时RNA们复制、竞争、进化的盛况。但是可以下这样一个大胆的推测，在生命出现前数亿年的昼夜更替里，由于时间过于漫长，事实并不如我们常常描述的那样热血沸腾。正是无言的沉默的RNA们，在黑暗的海洋中，默默彳亍，随光阴流转，悄无声息地探求着生命的曙光。

        在第一个细胞之前，那个印象中荒芜的世界，是由RNA统治的世界。